基于TRMM降雨數(shù)據(jù)的中國黃淮海地區(qū)干旱監(jiān)測分析

陳誠, 趙書河

(1.江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)，南京　210023； 2.衛(wèi)星測繪技術(shù)與應(yīng)用國家測繪地理

信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)，南京　210023； 3.中國南海研究協(xié)同創(chuàng)新中心，南京　210023)

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基于TRMM降雨數(shù)據(jù)的中國黃淮海地區(qū)干旱監(jiān)測分析

陳誠1,2,3, 趙書河1,2,3

(1.江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)，南京210023； 2.衛(wèi)星測繪技術(shù)與應(yīng)用國家測繪地理

信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)，南京210023； 3.中國南海研究協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210023)

摘要：熱帶降雨測量衛(wèi)星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的降雨數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，時(shí)間分辨率高，是區(qū)域干旱監(jiān)測的一種有效數(shù)據(jù)源。將0.25°空間分辨率的TRMM 3B43數(shù)據(jù)降尺度處理成0.05°空間分辨率數(shù)據(jù)，用以構(gòu)建降水量距平百分率(Pa指數(shù))和Z指數(shù)，對黃淮海地區(qū)2010年冬季到2011年春季的干旱時(shí)空演化特征進(jìn)行監(jiān)測與分析，并計(jì)算同期的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(standardized precipitation index，SPI)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，降尺度數(shù)據(jù)具有較高的可靠性，與實(shí)測數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果R2>0.76； Pa指數(shù)突出降水盈虧程度，能夠有效監(jiān)測區(qū)域尺度干旱，但缺乏空間分布規(guī)律； Z指數(shù)以Person-Ⅲ型分布擬合降水量，能夠很好地監(jiān)測干旱的時(shí)空演化特征，但干旱等級(jí)劃分相對困難； 利用Pa指數(shù)對Z指數(shù)干旱等級(jí)劃分進(jìn)行修正，其結(jié)果與SPI相關(guān)程度R2>0.75，表明Pa和Z指數(shù)用于干旱監(jiān)測的有效性，為區(qū)域尺度干旱監(jiān)測提供了一種切實(shí)可行的方法。

關(guān)鍵詞：TRMM； 干旱監(jiān)測； 有效性驗(yàn)證； Pa指數(shù)； Z指數(shù)

0引言

干旱是一種長期降水量很少或者無降水的氣候現(xiàn)象，其程度取決于水分短缺的歷時(shí)和數(shù)量。美國氣象局(1954)和世界氣候組織(1986)將干旱定義為一種連續(xù)的、異常的、嚴(yán)重的缺少降水的自然現(xiàn)象[1]。干旱是我國乃至全球范圍發(fā)生最頻繁、影響范圍最廣的自然災(zāi)害之一。美國氣象學(xué)會(huì)在總結(jié)各種干旱定義的基礎(chǔ)上，將干旱分為氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱4種，其中氣象干旱是其他各類干旱發(fā)生的主要原因。

傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測通常以氣象站點(diǎn)的實(shí)測降水?dāng)?shù)據(jù)為監(jiān)測指標(biāo)，常見的有帕默爾干旱指數(shù)(Palmer drought severity index,PDSI)[2]、降水量距平百分率(Pa指數(shù))[3]、Z指數(shù)[4]和標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(standardized precipitation index，SPI)[5]等。這些方法通常以區(qū)域內(nèi)分散的實(shí)測站點(diǎn)計(jì)算干旱指數(shù)，然后以內(nèi)插的方法得到整個(gè)區(qū)域的旱情指標(biāo)，這種以點(diǎn)帶面的方法具有很大的局限性。及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測旱情對于農(nóng)業(yè)管理和農(nóng)業(yè)決策具有重要的意義。遙感具有快速、大面積、實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，能夠得到周期長、現(xiàn)時(shí)性強(qiáng)的監(jiān)測結(jié)果[6]，為干旱監(jiān)測提供了一種有效的技術(shù)手段。1998年開始，熱帶降雨測量衛(wèi)星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的微波數(shù)據(jù)能夠提供長時(shí)間序列且覆蓋全球大部分區(qū)域的降水速率數(shù)據(jù)，能夠用于全面大尺度的干旱監(jiān)測。李博等[7]利用TRMM數(shù)據(jù)對三峽蓄水前后局部降水的變化進(jìn)行監(jiān)測； 臧文斌等[8]利用TRMM數(shù)據(jù)計(jì)算的Pa指數(shù)評估了西南地區(qū)特大氣象干旱； 李景剛等[9]在TRMM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算了洞庭湖流域近10 a區(qū)域綜合Z指數(shù)，分析旱澇災(zāi)害的特征，發(fā)現(xiàn)TRMM數(shù)據(jù)用于流域旱澇監(jiān)測的可行性和可靠性； 杜靈通等[10]利用TRMM數(shù)據(jù)監(jiān)測山東省旱情的結(jié)果表明，基于TRMM的Z指數(shù)方法能夠有效監(jiān)測旱情的發(fā)生、發(fā)展過程，為有效獲取氣象與農(nóng)業(yè)旱情提供了一種新思路； Yan等[11]利用TRMM數(shù)據(jù)構(gòu)建SPI指數(shù)對中國海河流域氣象干旱進(jìn)行監(jiān)測。以上研究主要是在TRMM數(shù)據(jù)做了精度驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，直接將原始分辨率數(shù)據(jù)應(yīng)用于旱澇的監(jiān)測。但TRMM 3B43月降水速率數(shù)據(jù)較低的空間分辨率以及單一指數(shù)監(jiān)測旱情的局限性在很大程度上限制了其在區(qū)域尺度旱情的研究。

本文對原始TRMM數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度處理，以降尺度后的TRMM 3B43月降水速率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算Pa指數(shù)和Z指數(shù)，并以此對黃淮海地區(qū)干旱發(fā)生的時(shí)空演化特征進(jìn)行研究和分析，同時(shí)用地面站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較和可靠性分析，驗(yàn)證TRMM數(shù)據(jù)用于旱情監(jiān)測的可行性和有效性。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1研究區(qū)概況

黃淮海平原又稱華北平原，是中國第二大平原，位于N32°~40°，E114°~121°之間，跨越京、津、冀、魯、豫、皖、蘇7個(gè)省市，面積約30萬km2(圖1)。該區(qū)地勢平緩，多位于海拔50 m以下，屬于典型的沖積平原。黃淮海地區(qū)屬典型的溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，夏季受亞熱帶太平洋暖濕氣流的影響，濕潤多雨； 冬季受蒙古高壓冷氣團(tuán)的控制，寒冷干燥。區(qū)域內(nèi)年均氣溫14~15℃，南北溫差3~4℃。降水主要集中在植物的生長旺季，但是總體不夠充沛，并隨著地形地貌、地理位置、季節(jié)等的不同，年降水量在500~900 mm之間變動(dòng)，且年際差異顯著。

圖1　黃淮海地區(qū)地理位置、DEM及氣象站點(diǎn)分布

1.2數(shù)據(jù)源

1.2.1TRMM數(shù)據(jù)

TRMM衛(wèi)星是由美國NASA(National Aeronautical and Space Administration)和日本NASDA(National Space Development Agency)共同研制的用于觀測和研究熱帶、亞熱帶地區(qū)降雨及能量交換情況的試驗(yàn)衛(wèi)星，于1997年11月27日發(fā)射成功。TRMM 3B43數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為1個(gè)月，空間分辨率為0.25°; 數(shù)據(jù)的覆蓋范圍為S50°~N50°，W180°~E180°，包括中國大部分區(qū)域。本文所使用的降雨數(shù)據(jù)集是由NASA官網(wǎng)(http: //www.nasa.gov/)提供的1998—2013年間逐月的TRMM 3B43數(shù)據(jù)。使用ENVI/IDL 4.7工具將TRMM 3B43降水速率(mm/h)從HDF文件中提取出來，然后乘以各個(gè)月的時(shí)間，生成月降水量柵格數(shù)據(jù)。經(jīng)過矢量裁剪得到黃淮海地區(qū)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換投影為經(jīng)緯度投影。

1.2.2氣象站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)及DEM數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證TRMM 3B43數(shù)據(jù)的有效性以及數(shù)據(jù)重采樣的合理性，從中國氣象局網(wǎng)站(http: //cdc.cma.gov.cn)獲取了2010年全國676個(gè)氣象站點(diǎn)的月降水量數(shù)據(jù)； 同時(shí)，還獲取了黃淮海地區(qū)1961—2013年間44個(gè)有效氣象站點(diǎn)的月降水量數(shù)據(jù)，用于計(jì)算SPI。

此外，從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http: //www.gscloud.cn)獲取了90 m空間分辨率的SRTM(shuttle Radar topography mission)DEM數(shù)據(jù)，并重采樣為0.05°用于制作黃淮海地區(qū)的地形分布圖。

2研究方法

2.1降水量距平百分率(Pa指數(shù))

Pa指數(shù)是表征某個(gè)時(shí)段降雨量較氣候平均狀況偏少程度的指標(biāo)之一，能夠直觀地反映由于降雨異常而引起的干旱狀況。Pa指數(shù)的計(jì)算式為

(1)

Pa指數(shù)不但能夠有效監(jiān)測干旱的發(fā)生，而且可以用于劃分干旱的劇烈程度。Pa指數(shù)用于干旱程度劃分的規(guī)則有多種，根據(jù)2006年國家氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]，干旱可以劃分為無旱(Pa>-0.40)、輕旱(-0.600.25)、正常(-0.40

2.2Z指數(shù)

Z指數(shù)與降水時(shí)空分布密切相關(guān)，用Z指數(shù)能夠很好地刻畫單站點(diǎn)干旱的發(fā)生及程度。由于降水量一般不滿足正態(tài)分布，因此有學(xué)者指出用Person-Ⅲ型分布來擬合某一時(shí)段的降水量，通過對降水量進(jìn)行正態(tài)化處理，將Person-Ⅲ型分布轉(zhuǎn)化為以Z指數(shù)為標(biāo)量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布[4]。本文中Z指數(shù)的計(jì)算類似于Pa指數(shù)的計(jì)算，均由16 a的TRMM 3B43數(shù)據(jù)計(jì)算得到每個(gè)像素點(diǎn)的Z指數(shù)值，其計(jì)算方法為

(2)

(3)

(4)

3結(jié)果與分析

3.1TRMM數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證

降水作為水循環(huán)研究的一個(gè)重要因子，是干旱的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。TRMM數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行大范圍、全天候的降水量觀測，成為應(yīng)用較多的一種遙感數(shù)據(jù)。然而，TRMM數(shù)據(jù)較低的空間分辨率在很大程度上限制了其在區(qū)域范圍內(nèi)的應(yīng)用，因此，關(guān)于TRMM數(shù)據(jù)的降尺度問題成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，考慮到TRMM3B43月降水量數(shù)據(jù)在空間上的連續(xù)性，本文采取基于地理空間統(tǒng)計(jì)理論的空間克里金內(nèi)插方法，將0.25°空間分辨率數(shù)據(jù)降尺度到0.05°空間分辨率。為了驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，從中國氣象局獲取了2010年每個(gè)月的676個(gè)氣象站的數(shù)據(jù)，考慮到降雨在不同月份和季節(jié)的差距較大，文中選取了2010年1，4，7，10月這4個(gè)典型月份(代表4個(gè)不同季節(jié))的擬合結(jié)果來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。

(a) 2010年1月 (b) 2010年4月

(c) 2010年7月 (d) 2010年10月

圖2氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和0.25°TRMM3B43月降雨量數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果

Fig.2Fittingresultsbetweenmeteorologicalsitedataand0.25°TRMM3B43data

圖2表明，地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和TRMM數(shù)據(jù)的吻合度很高，因此可以認(rèn)為0.25°空間分辯率的TRMM3B43月降水量數(shù)據(jù)能夠滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。

圖3為降尺度到0.05°空間分辨率的TRMM3B43數(shù)據(jù)與地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果。

(a) 2010年1月 (b) 2010年4月

(c) 2010年7月 (d) 2010年10月

圖3氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和0.05°TRMM3B43月降雨量數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果

Fig.3Fittingresultsbetweenmeteorologicalsitedataand0.05°TRMM3B43data

圖3表明，降尺度后的TRMM3B43數(shù)據(jù)可靠性也相對較高，可以用于后續(xù)的產(chǎn)品生產(chǎn)。

對比圖2和圖3可以看出，較0.25°的TRMM數(shù)據(jù)，降尺度后的數(shù)據(jù)擬合系數(shù)都有所提高。這是因?yàn)榻党叨群蟮臄?shù)據(jù)格網(wǎng)變小，使得地理位置配準(zhǔn)的精度提高，且平原地區(qū)降水在空間上相對連續(xù)，因此結(jié)合了空間鄰域信息的插值方法能夠很好地表征降水量狀況。

3.2干旱的時(shí)空分布

圖4為Pa指數(shù)干旱監(jiān)測的效果。

(a) 2010年8月 (b) 2010年10月 (c) 2010年12月

(d) 2011年1月 (e) 2011年3月 (f) 2011年5月

圖4Pa指數(shù)干旱監(jiān)測的時(shí)空分布

Fig.4SpatialandtemporaldistributionofdroughtwithPaindex

從時(shí)間上可以看出，2010年8月整個(gè)黃淮海地區(qū)較濕潤，而2010年冬季以后降水量明顯減少且低于多年平均水平，大部分區(qū)域遭遇干旱，其中，中西部干旱相對嚴(yán)重。進(jìn)入2011年春季，降水量持續(xù)減少，干旱程度進(jìn)一步加重，至2011年1月和3月，整個(gè)黃淮海地區(qū)用Pa指數(shù)的監(jiān)測結(jié)果多為中旱和重旱。到了2011年5月份，隨著降水量的增加，旱情基本得到緩解。這一趨勢與實(shí)際情況相符，表明Pa指數(shù)能夠有效地監(jiān)測干旱在時(shí)間上的變化規(guī)律。盡管降水量在空間上有“東多西少”的分布趨勢，但干旱的空間分布沒有很明顯的規(guī)律。這是因?yàn)?，Pa指數(shù)反映更多的是降水量與多年平均值的差異情況，在不同地區(qū)，由于歷史多年平均降水量的差異，相同月份降水量表現(xiàn)出的干旱程度可能相差很大，這也表明Pa指數(shù)盡管在多數(shù)情況下能夠有效地監(jiān)測干旱，但對不同地區(qū)其監(jiān)測結(jié)果會(huì)有一定的局限性。

圖5為Z指數(shù)在黃淮海地區(qū)干旱程度的監(jiān)測結(jié)果。使用Z指數(shù)進(jìn)行干旱監(jiān)測所表現(xiàn)出的時(shí)間演化規(guī)律與Pa指數(shù)相同，均表現(xiàn)為冬季干旱出現(xiàn)，次年春季干旱程度最重，隨著時(shí)間推移干旱逐漸緩解。從干旱的空間分布來看，2010年的干旱主要集中在山東省南部和河南省東部，而2011年干旱嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在江蘇省北部。此外，2011年3月山東省東部和南部地區(qū)也發(fā)生了較嚴(yán)重的干旱。相較于Pa指數(shù)，Z指數(shù)不僅能夠監(jiān)測干旱在時(shí)間上的變化規(guī)律，而且能夠很好地模擬干旱空間上的動(dòng)態(tài)變化。

(a) 2010年8月 (b) 2010年10月 (c) 2010年12月

(d) 2011年1月 (e) 2011年3月 (f) 2011年5月

圖5Z指數(shù)干旱監(jiān)測的時(shí)空分布

Fig.5SpatialandtemporaldistributionofdroughtwithZindex

3.3干旱等級(jí)的評估與修正

表1為對圖4、圖5中6個(gè)月不同干旱等級(jí)面積進(jìn)行累加求平均值，并計(jì)算各個(gè)干旱等級(jí)所占面積百分比的結(jié)果。

表1　不同方法監(jiān)測的干旱等級(jí)所占面積比例

從表1可以看出，盡管2種指數(shù)都能夠監(jiān)測干旱的時(shí)間演化規(guī)律，但是所監(jiān)測干旱的空間分布卻存在較大的差異。這是由于干旱等級(jí)的劃分依賴于前人的總結(jié)和一些現(xiàn)有的資料，因此，同一種指數(shù)往往存在很多不同的干旱等級(jí)劃分方法，這在很大程度上導(dǎo)致了結(jié)果的差異性。Pa指數(shù)反映的是降水量與多年降水量均值的差異情況； Z指數(shù)是假定降水服從Person-Ⅲ型分布，由時(shí)序數(shù)據(jù)計(jì)算而來。2種方法在理論上存在顯著差異。從干旱等級(jí)分布的百分比來看，Pa指數(shù)監(jiān)測的結(jié)果與實(shí)際情況更相符。

鑒于本文Pa指數(shù)干旱等級(jí)的設(shè)定是參考2006年的國家干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的參考意義； 而Z指數(shù)等級(jí)的劃分則是借鑒前人的研究成果，其劃分標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)因?yàn)閰^(qū)域的不同而存在差異。因此，本文考慮以Pa指數(shù)的等級(jí)劃分為標(biāo)準(zhǔn)來對Z指數(shù)的干旱等級(jí)進(jìn)行修正?？紤]到Pa指數(shù)和Z指數(shù)在相同月份干旱監(jiān)測的獨(dú)立性和不同月份進(jìn)行干旱監(jiān)測的相似性，因而僅僅使用一個(gè)月的Pa指數(shù)就可以很好地修正Z指數(shù)。本文以2010年10月份為研究月份，在研究區(qū)均勻選取了730個(gè)點(diǎn)，獲取每個(gè)點(diǎn)上的Pa指數(shù)和Z指數(shù)值，然后對2組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。圖6為相關(guān)分析的結(jié)果，根據(jù)擬合方程以及Pa指數(shù)劃分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，對Z指數(shù)等級(jí)劃分進(jìn)行了修正。等級(jí)劃分由原始的0.84，-0.84，-1.04和1.65更正為-0.93，-0.50，-0.26和0.54。

圖62010年10月Pa指數(shù)和Z指數(shù)擬合結(jié)果

Fig.6Fitting result of Pa and Z index in October 2010

根據(jù)修正后的干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得到了黃淮海地區(qū)Z指數(shù)修正后的干旱監(jiān)測時(shí)空分布圖(圖7)。

(a) 2010年8月 (b) 2010年10月 (c) 2010年12月

(d) 2011年1月 (e) 2011年3月 (f) 2011年5月

圖7Z指數(shù)修正后的干旱監(jiān)測時(shí)空分布

Fig.7Spatial and temporal distribution of drought with modified Z index

統(tǒng)計(jì)修正后的Z指數(shù)不同等級(jí)的干旱所占面積比重(表1)可以發(fā)現(xiàn),修正后Z指數(shù)監(jiān)測的不同等級(jí)干旱所占比重和Pa指數(shù)的結(jié)果基本一致，相較于原始的Z指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，效果明顯改善。

3.4干旱監(jiān)測指數(shù)的有效性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證2種干旱監(jiān)測指數(shù)方法的有效性，本文計(jì)算了2010年7月到2011年6月研究區(qū)內(nèi)共計(jì)12個(gè)月份的44個(gè)氣象站點(diǎn)的降水量月均值,其結(jié)果如圖8所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，自2010年8月到2011年6月，區(qū)域平均月降水量呈現(xiàn)出“先降后升”的趨勢。降水量自2010年10月開始急劇減少，到2011年1月份達(dá)到谷底，2011年2月有增加趨勢。但是，2010年10月到2011年4月的降水量總體偏低，這一趨勢和Pa指數(shù)、Z指數(shù)的干旱監(jiān)測結(jié)果相吻合，也證明了這2種指數(shù)的有效性。

圖8　研究區(qū)內(nèi)44個(gè)氣象站月降水量均值分布

SPI已被證實(shí)是能夠很好反映氣候干旱變化的指數(shù)[5]。本文為了進(jìn)一步驗(yàn)證Pa指數(shù)和Z指數(shù)的有效性和可靠性，收集了1961—2013年間各個(gè)月的降水量數(shù)據(jù)，計(jì)算了1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月3個(gè)不同時(shí)間尺度的SPI。以2010年10月為例，將2種指數(shù)和SPI進(jìn)行擬合，求得1個(gè)月尺度的SPI和Pa指數(shù)的決策系數(shù)R2=0.757，與Z指數(shù)的決策系數(shù)R2=0.796，均達(dá)到極顯著水平。這說明Pa指數(shù)和Z指數(shù)與1個(gè)月尺度的SPI相關(guān)性很高，所反映的旱情與SPI反映的一致。其中Z指數(shù)的擬合效果要好于Pa指數(shù)的擬合效果，這也證明了Z指數(shù)能夠更好地反映出干旱的空間分布。

4結(jié)論

本文以黃淮海地區(qū)1998年1月—2013年12月期間的TRMM 3B43月降水量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了TRMM數(shù)據(jù)的有效性，對TRMM數(shù)據(jù)進(jìn)行了降尺度處理并計(jì)算了基于TRMM數(shù)據(jù)的Pa指數(shù)和Z指數(shù)，通過比較Pa指數(shù)和Z指數(shù)干旱監(jiān)測的時(shí)空演化規(guī)律，對黃淮海地區(qū)干旱發(fā)生特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對2種干旱監(jiān)測方法進(jìn)行了比較，得到的主要結(jié)論為：

1)TRMM數(shù)據(jù)和實(shí)測站點(diǎn)降水量數(shù)據(jù)吻合度較高，降尺度后的TRMM數(shù)據(jù)與實(shí)測降水量站點(diǎn)數(shù)據(jù)決策系數(shù)R2>0.76，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，可用于進(jìn)行區(qū)域尺度的干旱監(jiān)測。

2)基于TRMM數(shù)據(jù)的Pa指數(shù)和Z指數(shù)都能夠有效地監(jiān)測干旱。Pa指數(shù)反映的是區(qū)域降水量與多年降水量平均值的差異，突出降水的盈虧程度，對于降水短缺引起的干旱較為敏感，但缺乏空間規(guī)律的描述。Z指數(shù)假設(shè)降水量服從Person-Ⅲ型分布，在時(shí)間和空間尺度上都能很好地描繪干旱的分布和演化規(guī)律，但是干旱等級(jí)難以準(zhǔn)確劃分。利用Pa指數(shù)來對Z指數(shù)干旱等級(jí)劃分進(jìn)行修正，修正后的監(jiān)測結(jié)果能夠很好地評估干旱程度。此外，2種指數(shù)與SPI的決策系數(shù)R2>0.75，達(dá)到極顯著水平，證明了其干旱監(jiān)測的有效性和可靠性，也表明TRMM數(shù)據(jù)用于干旱監(jiān)測的可行性。

黃淮海地區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，一定程度上削弱了TRMM數(shù)據(jù)和地形以及植被指數(shù)之間的相關(guān)程度，因此有些關(guān)于TRMM降尺度的方法很難適用于該地區(qū)。本文利用簡單的基于地理空間統(tǒng)計(jì)插值的方法對TRMM數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度處理，盡管取得了較好的結(jié)果，但是沒有考慮到空間的異質(zhì)性，因此后續(xù)的研究重點(diǎn)將放在平原地區(qū)TRMM數(shù)據(jù)降尺度處理方法上。

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(責(zé)任編輯： 刁淑娟)

Drought monitoring and analysis of Huanghuai Hai plain based on TRMM precipitation data

CHEN Cheng1,2,3， ZHAO Shuhe1,2,3

(1.JiangsuKeyLaboratoryofGeographicInformationScienceandTechnology,NanjingUniversity,Nanjing210023,China;2.KeyLaboratoryforSatelliteMappingTechnologyandApplicationsofStateAdministrationofSurveying,MappingandGeoinformationofChina,NanjingUniversity,Nanjing210023,China; 3.CollaborativeInnovationCenterofSouthChinaSeaStudies,Nanjing210023,China)

Abstract:TRMM (tropical rainfall measuring mission) precipitation data, covering a wide range with high temporal resolution, is an effective data source to monitor drought on a regional scale. The spatial resolution of 0.25° TRMM 3B43 data was processed using the downscaling method. The downscaling data with 0.05° spatial resolution were used to construct a percentage of monthly precipitation anomalies (Pa index) and Z index, and the two indices were used to monitor the temporal and spatial change of drought from the winter of 2010 to the spring of 2011 in the Huanghuai Hai plain. The standardized precipitation index (SPI) during the same period was also calculated to verify the results. The results showed that the downscaling results had higher reliability with the fitting result R2 higher than 0.76. Pa index that emphasizes gains and losses of precipitation can be used for drought monitoring on the regional scale, but it lacks the space distribution of drought; Z index fitting the precipitation based on the Person-Ⅲ distribution is ideal for monitoring the temporal and spatial distribution of drought, but the drought grade is difficult to divide. The drought grade of Pa index was used to correct the drought grade of Z index. Two indices and SPI had higher degree of correlation with R2 greater than 0.75, indicating that Pa and Z index is effective for drought monitoring. The results achieved by the authors could provide a practical means for monitoring drought on a regional scale.

Keywords:TRMM; drought monitoring; validity checking; Pa index; Z index

通信作者：趙書河(1971-)，男，博士，副教授。主要從事高分辨遙感信息處理與信息融合研究。Email： zhaosh@nju.edu.cn。

作者簡介：第一 陳誠(1990-)，男，碩士研究生，主要從事遙感圖像處理和定量遙感方向研究。Email： chcheng@whu.edu.cn。

中圖法分類號(hào)：TP 79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-070X(2016)01-0122-08

基金項(xiàng)目：973計(jì)劃項(xiàng)目“氣候變化對我國糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的影響機(jī)理及適應(yīng)機(jī)制研究”(編號(hào)： 2010CB951503)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”(編號(hào)： XDA05050106)及江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目共同資助。

收稿日期：2014-08-11；

修訂日期：2014-10-31

doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.18

引用格式： 陳誠,趙書河.基于TRMM降雨數(shù)據(jù)的中國黃淮海地區(qū)干旱監(jiān)測分析[J].國土資源遙感,2016,28(1):122-129.(Chen C,Zhao S H.Drought monitoring and analysis of Huanghuai Hai plain based on TRMM precipitation data[J].Remote sensing for Land and Resources,2016,28(1):122-129.)