Page 113 - 2023年第54卷第7期

国多时期土地覆被遥感监测数据集 （ｈｔｔｐｓ：??ｗｗｗ．ｒｅｓｄｃ．ｃｎ），空间分辨率为 １ｋｍ× １ｋｍ；植被数据为
ＡＶＨＲＲ土地归一化差异植被指数（ＮＤＶＩ；ｈｔｔｐｓ：??ｗｗｗ．ｎｃｅｉ．ｎｏａａ．ｇｏｖ），空间分辨率为 ０．０５° × ０．０５°。为
保持各数据时空分辨率的一致性，采用双线性内插法将气象数据和植被遥感数据重采样至 ０．１° × ０．１°，采
用最邻近插值法将土地利用类型数据重采样至 ０．１° ×０．１°，时间范围均为 １９８２年 ７月—２０２２年 １１月。
水体提取使用的数据包括 Ｌａｎｄｓａｔ５、Ｌａｎｄｓａｔ７和 Ｌａｎｄｓａｔ８（ｈｔｔｐｓ：??ｌａｎｄｓａｔ．ｇｓｆｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ?；空间精度为
３０ｍ，时间范围为 １９８２—２０２２年），并在 ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈＥｎｇｉｎｅ平台（ｈｔｔｐｓ：??ｅａｒｔｈｅｎｇｉｎｅ．ｇｏｏｇｌｅ．ｃｏｍ?）上进行
了大气校正和辐射标定等预处理。
２．２ 研究方法
２．２．１ 生态干旱指数构建 水域系统生态干旱状况采用典型湖泊水域面积逐月变化反应。采用改进的
归一化差异水体指数（ ＭＮＤＷＩ），剔除卫星数据中建筑、植被和裸土等噪声信息，提取水体范围 ［２２］ 。
表达式为：
Ｇｒｅｅｎ － ＭＩＲ
ＭＮＤＷＩ ＝ （１）
Ｇｒｅｅｎ ＋ ＭＩＲ
式中：ＭＩＲ为中红外波段；Ｇｒｅｅｎ为绿色波段。与传统 ＮＤＷＩ相比，ＭＮＤＷＩ用 ＭＩＲ代替 ＮＤＷＩ中的近
红外波段，ＭＩＲ与绿色波段的差值更大，从而使水体的正值更高，使建筑用地、土壤和植被的负值更
低，因此水体和其它类型用地之间的对比将明显增加 ［２２］ 。
陆地系统生态干旱采用标准化生态缺水量指数（ ＳＥＷＤＩ）进行评估 ［１１］ 。该指数通过计算生态需水
量与生态耗水量之差得到生态缺水量，并对生态缺水量进行类似于标准化降水指数（ＳＰＩ）的逆标准化
变换处理，得到标准化生态缺水量指数（ＳＥＷＤＩ）表征干旱对生态系统的影响程度。其中，生态需水
量用联合国粮农组织推荐的单作物系数法计算 ［２３］ ，所需变 量包 括净 辐射 量、土 壤 热通 量、平均气
温 Ｔ、２ｍ高处的平均风速、饱和水汽压、实际水汽压、土地利用类型数据和 ＮＤＶＩ；生态耗水量近
似实际蒸散量，利用地表能量平衡模型计算 ［２４］ ，所 需 变量 包括 地表 净辐 射、地 表 反射 率、地表辐
射率、空气密度、空气热容、水 平 面 高 度 和 ２ｍ高 处 的 平 均 风 速。 逆 标 准 化 变 换 的 具 体 步 骤 为：
①利用式（１）对 １—１２月的生态缺水量月序列 ｘ进行归一化处理，得到新序列 ｘ，分别用 ０．９９９和
２ｉ
１ｉ
０．００１代替新序列 中 的 １和 ０以 便 于 拟 合 分 布； ② 选 用 三 种 常 用 分 布， 包 括 Ｇａｍｍａ分 布、 ｌｏｇ －
ｌｏｇｉｓｔｉｃ 分布以及 Ｐ － Ⅲ型分布，对 ｘ进行拟合求参，得到概率密度方程 ｆ （ｔ），并利用 Ａｋａｉｋｅｉｎｆｏｒ
２ｉ ｘ２ｉ
ｍａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎ（ＡＩＣ准则）进行最优拟合分布选择；③利用式（２）对最优分布函数的概率密度函数进行
积分，获得相应的累积分布 Ｆ （ｔ）；④利用式（３）对 Ｆ （ｔ）进行逆标准化变换得到标准化生态缺水指
ｘ２ｉ
ｘ２ｉ
数（ ＳＥＷＤＩ）。表达式为：
ｍａｘ（ｘ）
１ｉ
ｘ ＝ （１）
２ｉ
ｍａｘ（ｘ） － ｍｉｎ（ｘ）
１ｉ １ｉ
ｘ
Ｆ （ｘ） ＝ ｆ（ｔ）ｄｔ （２）
ｘ２ｉ ∫ ｘ２ｉ
－ ∞
－ １
ＳＥＷＤＩ ＝ Φ （Ｆ ） （３）
ｘ２ｉ
式中 ＳＥＷＤＩ越小，表明生态干旱程度越高。参照
《气象干旱等级》 （ ＧＢ?Ｔ２０４８１—２０１７） ［２５］ 中标准
化降水指数（ＳＰＩ）的划分方法，将生态干旱等级划分
为无旱（ ＳＥＷＤＩ ≥０．５）、轻旱（ － ０．５＞ ＳＥＷＤＩ ≥－ １ ）、中
旱（ － １＞ ＳＥＷＤＩ ≥－ １．５ ）和重旱（ＳＥＷＤＩ＜ － １．５）。
２．１．２ 生态干旱综合强度评估 应用游程理论 ［２６］
图 ２ 游程理论示意图
（图 ２），以 ＳＥＷＤＩ＜ － ０．５为阈值提取各格点的生
态干旱事件，其中生态干旱事件的历时为负游程的长度，烈度为历时内逐月 ＳＥＷＤＩ之和的绝对值。
在此基础上，采用 Ｄａｉ等 ［２７］ 和 Ｖｅｅｔｔｉｌ等 ［２８］ 提出的方法，通过生态干旱事件的历时、发生次数和
烈度等特征构建评估指标，评估不同时段内生态干旱综合强度动态变化。计算公式如下：

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