生态气象监测指标体系

附件4：生态气象监测指标体系（试行）湿地生态系统中国气象局

二。。六年三月人口、资源、环境和灾害等是全人类正在且必须面对的重大课题，因为近百年来全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化。这种变化对世界范围内生态、资源、环境的负面效应日益显现，导致了水资源短缺、海平面上升、冰川退缩、干旱化和荒漠化加剧以及各类极端天气气候事件的频繁发生，已经并将继续对经济社会的可持续发展带来深远的影响。我国的气象事业发展正在进入一个崭新的时期，气象与经济社会发展的关系日益紧密，已经深入到政治、经济、社会、国家安全、环境、夕卜交和可持续发展的方方面面。中国气象事业发展战略研究成果提出了〃公共气象、安全气象、资源气象”的发展理念，中国气象局业务技术体制按照〃多轨道、研究型、集约化、开放式”的总体思路，明确了八条业务轨道和四个功能平台的业务布局与分工，其中生态与农业气象为业务轨道之一。开展生态与农业气象业务，是气象部门〃坚持公共气象的发展方向，大力提升气象信息对国家安全的保障能力，大力提升气象资源为可持续发展的支撑能力”的现实需求，是进一步发挥气象专业技术优势，积极拓展气象业务服务领域，改善生态环境，提高资源利用效率的重要基础性工作，是气象部门为实现经济社会全面、协调、可持续发展所做的积极探索和努力。其中，生态气象监测作为一种重要的工作手段，是生态与农业气象业务的核心构成。为了保证全国气象部门生态气象监测工作的深入开展并进一步实现业务化、规范化和制度化，我们组织编制了该项《生态气象监测指标体系（试行）》。本书依据《地面气象观测规范》、《农业气象观测规范》和《生态气象观测规范（试行）》等，并充分利用卫星遥感监测技术和方法，初步建立了农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等6种生态系统下大气、生物、土壤和水以及相关灾害等监测指标体系。生态气象监测是一项正在发展中的业务，其指标的建立尚未完全成熟，科学技术和社会经济的飞速发展，也必将对此项业务提出更新更多的需求。因此，随着今后全国气象部门开展生态与农业气象业务的工作实践，本监测指标体系将不断得到检验，预测减灾司也将适时对本体系进行修改完善，并根据发展需要建立其它生态系统的监测指标体系。中国气象局预测减灾司二00六年三月TOC\o"1-5"\h\z概述 1原则 2\o"CurrentDocument"湿地生态系统监测指标总表 3气象 4\o"CurrentDocument"大气成分 6生物 6土壤 8\o"CurrentDocument"水 9灾害 10\o"CurrentDocument"参考文献 16附加说明 17生态学是研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学，其目的是指导人与自然、资源与环境的协调发展。生态气象是应用气象学、生态学的原理与方法研究天气气候条件与生态系统诸因子间相互关系及其规律的一门科学。生态气象监测，即通过对生态系统的大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的主要特征量的观测、调查和计算，解读气象条件与各生态因子之间的相互关系和作用机理，科学评价生态系统的动态状况，提供保护、改善和合理利用生态系统的信息，同时为气候系统、气候变化研究和预测提供重要的基础数据。生态气象监测指标，指的是在生态气象监测过程中选定的能够反映和指示生态系统状况的特征量，由大气、生物、土壤和水以及相关灾害五类特征量组成，包括应用卫星遥感技术和地面观测方法获取的直接观测值或调查值，以及对直接观测值或调查值加工处理后的计算值。生态气象监测指标体系，是各生态系统生态气象监测指标总集。本指标体系涵盖农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统。其中农田生态系统指标47个，森林生态系统指标43个，草地生态系统指标48个，湿地生态系统指标35个，湖泊生态系统指标35个，荒漠（绿洲）生态系统指标40个，总计248个指标。应用本指标体系，可以选择单一或多个指标开展定期或不定期的专题服务或评价；可以定期或不定期地在各生态系统中分别进行大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的变化分析或评价；可以在综合分析大气、生物、土壤和水以及相关灾害总体指标的前提下，定期制作各生态系统质量评价。生态系统是地球上由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。生物群落和（或）生态环境的差别形成不同的生态系统，每个生态系统都有自己的结构以及相应的能量流动和物质循环的方式和途径。因此，各生态系统存有共性，但又有各自的自身特点、面临问题和发展需求。本监测指标体系在充分分析农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统的共性与各自独特性的基础上，遵循以下原则选择建立指标体系。（一）代表性原则生态气象监测指标的选择，能够充分体现各种生态系统，包括农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等的自身特点，以及各种生态系统下信息服务的针对性、独特性。是为代表性原则。（二）整体性原则生态气象监测指标的选择，能够涵盖各种生态系统中各类信息服务产品的加工、制作和服务的全过程，包括直接观测指标、调查指标和计算指标。是为整体性原则。（三）通用性原则生态气象监测指标的选择，能够整体适用于不同地域范围的同种生态系统，而非部分适用并且不局限于某个特定区域。是为通用性原则。（四）应用性原则生态气象监测指标的选择，能够在信息服务中做到获取方便，加工程序简单，产品服务方向明晰，容易付诸实际应用，总之具有可操作性。是为应用性原则。

湿地生态系统监测指标总表气象大气成分生物土壤水灾害1N10°C活动积温降水pH值物候期土壤pH值地下水位干旱2（日、月、年）平均气温降尘总量多度土壤养分含量地表径流量霜冻3（日、月、年）最高气温、最低气温密度土壤持水性湿地积水面积冰雹4气温（年）日较差高度湿地土壤容重积水深度火灾5降水距平百分率盖度6降水总量频度7蒸发量总优势度8日照时数群落物种多样性指数9光合有效辐射叶面积指数10积雪植物生物量11湿地面积N10C活动积温积温指一定时期内日平均温度的总和。积温是植物要求热量的指标，因植物种类、品种和物候期的不同而异；积温也是地区热量资源指标。根据植物的积温要求，对照地区的热量资源，便可评价该地热量条件，为植物的物候期预报和合理利用气候资源等提供依据。10°C是大多数植物生长的下限温度。每年日平均气温稳定通过10°C这天起，到稳定结束10°C这天止，其间逐日平均气温相加，其和为N10C活动积温。Aa=ZT.（T.N10C）其中A：为土0C活动积温；T.为时段内某日的平均温度。（日、月、年）平均气温日平均气温是一天中不同时间观测的气温值的平均数。月平均气温是一月中各日平均气温值的平均数，是将各日的平均气温相加，除以该月的天数而得。年平均气温是一年中各月平均气温值的平均数，是将12个月的月平均气温累加后除以12而得。（日、月、年）最高气温、最低气温日最高气温指一天中气温的最大值，日最高气温一般出现在午后两点钟左右；（月、年）极端最高气温指一月中或一年中气温的最大值。日最低气温指一天中气温的最小值，日最低气温一般出现在清晨日出前后；（月、年）极端最低气温指一月中或一年中气温的最小值。气温（年）日较差每昼夜最高气温和最低气温之差，称为气温日较差。它的大小反映了气温日变化的程度。某地月平均气温最高值同月平均气温最低值之差，称为该地的气温年较差。气温日（年）较差的大小与地理纬度、季节、地表性质、天气状况有关，对植物生长发育、产量形成、产品品质等有很大影响。气温日较差二日最高气温一日最低气温气温年较差二月平均最高气温一月平均最低气温降水距平百分率指某时段降水量与历年同时段平均降水量差值占历年同时段平均降水量的百分率，降水距平百分率可表示旱涝的程度。降水距平百分率二（某时段降水量-历年同时段平均降水量）/历年同时段平均降水量X100%降水总量降水量是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水，在水平面上积累的深度。以mm为单位，取一位小数。一段时间降水量之和为降水总量。计算公式为：P=EP.I式中，P,为某段时间的降水量。蒸发量蒸发是指水由液体或固体（如冰雪）变成气体的过程。蒸发包括水面蒸发（即液态水面不断向大气蒸发水分的过程）；土壤蒸发（土壤中的水分以水汽的状态进入大气中的过程）；植物蒸腾（土壤中的水分经植物根系吸收后，输送到叶面，逸散到大气中去的过程）。气象站测定的蒸发量是水面蒸发量，指一定口径的蒸发器中，在一定时间间隔内因蒸发而失去的水层深度，以mm为单位。每日定时观测。水面蒸发量反映一个地区的蒸发能力，水面蒸发与当地降水量大小关系不大，主要影响因素是气温、湿度、日照、辐射、风速等。因此在地区分布上，一般冷湿地区水面蒸发量小，干燥、气温高的地区水面蒸发量大，高山区水面蒸发量小，平原区水面蒸发量大。蒸发量=前一日水面高度+降水量（以雨量器观测值为准）一测量时水面高度日照时数日照是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120W・m-2的那段时间总和，以h为单位，取1位小数。日照时数也称实照时数。日照时间的长短对植物能否正常生长关系很大。一个地方日照时数的多少，如果没有云雾和山脉的影响，太阳可能照射时间就决定于纬度的高低，且随季节的变化而不同。但同纬度地区实际日照时间，由于地形的不同和云量多少而有差异。观测日照的仪器有暗筒式日照计、聚焦式日照计等。光合有效辐射植物能正常地生长发育，完成其生理学过程的光谱区，通常称之为辐射的生理有效区。在这个波长范围内，量子的能量能使叶绿素分子处于激发状态，并将自己的能量消耗在形成处于还原形式的有机化合物上，这段光谱称为光合有效辐射，即进行光合作用的那一部分光谱区。光合有效辐射使用光合有效辐射计直接观测获得。积雪积雪的初日、终日、深度。地面状况积雪深度为自积雪表面到地面的垂直深度，以cm为单位，取整数。选择一地势平坦，方圆1km2内没有建筑物的区域作为积雪观测地段。在观测地段中确定一中心点，使用GPS定位，编号记录并上报备案。每次观测在中心点附近进行5个重复的积雪深度测定，取其平均值作为积雪深度的观测值。积雪分布为降雪过程后，某区域内积雪的分布状况，在晴空且地面有大于1cm厚度积雪时进行调查。在区域内选择适当路线，使用GPS定位，进行积雪分布情况调查，测定积雪深度。空间状况卫星遥感积雪监测主要利用归一化积雪指数（NDSI）、亮温（T〃顷）和可见光波段的反射率等多个物理量进行积雪信息的判识提取。在可见光波段，地表和云、雪的反射率差异较大，云和雪高，地表低，以此作为识别晴空地表和雪面的主要依据；在远红外波段，地表和云、雪的亮温有明显差异，地表最高，雪其次，云尤其是中高云最低，以此作为区分积雪和中高云的主要依据；在近红外波段尤其是1.6〃n附近，积雪的反射率低，云尤其低云高，以此作为识别积雪和低云的主要依据。归一化积雪指数NDS=（R可见光一R近红外）/（R可见光+R近红外）其中R可见光和R近红外分别为可见光通道和近红外通道的反射率。亮温Tb=8町kin式中，£为发射率，Tkin为动力学温度。大气成分降水pH值pH是评价水质的一个重要参数，是水中氢离子活度倒数的对数值。当温度25°C、pH等于7时，溶液为中性，即氢离子和氢氧根离子的活度相等，相应各自的近似浓度为10-7mo1/L。大气降水中pH值的大小反映了降水的酸碱性。pH值小于7表示呈酸性，pH值大于7表示呈碱性。酸雨是指pH值低于5.6的降水(湿沉降)。煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素；其次气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH<4.9时，将会对森林、农作物和材料等产生明显损害。一般采用电位计法进行测定。通过配制两种pH标准缓冲溶液，在溶液温度为25土0.1C时，对仪器和电极进行定位与校正。仪器经校正定位后，进行样品测定，直接从仪器上读出样品稳定的pH值。降尘总量大气降尘是指从大气中靠重力作用自然沉降到地面的颗粒物，其直径一般大于10um。颗粒物在地面上的自然沉降能力主要决定于自身质量及粒度大小，但其它一些自然因素如地形和气象条件(风、雨、雪、雹、雾等)也起着一定作用。大气降尘总量观测采用重量法。即大气中的颗粒物自然降落在集尘缸内，经蒸发、干燥、称重，再根据集尘缸口的面积，计算出大气降尘总量值，单位为t/km2・d。大气降尘总量W=[(W1-Wa-Wb)/(SXn)]X104其中W为降尘总量，t/km2-d；Wt为在105C下，降尘总量加蒸发皿质量，g；Wa为在105C下，烘干的蒸发皿质量，g;Wb为在105C下，2.0ml0.1N硫酸铜溶液蒸发至干后的质量，g；S为集尘缸口面积，cm2；n为采样天数。物候期物候是指受环境(气候、水文、土壤等)影响而出现的以年为准周期的自然现象，如树木花草的发芽、展叶、开花、秋季的叶变色和落叶等。植物的物候现象同周围环境密切相关，是适应过去一个时期内气候和天气规律的结果，是比较稳定的形态表现。通过长期的物候观测，可以了解湿地植被生长发育季节变化同气候及其他环境条件的相互关系。选择群落优势种和指示种，野外观测。多度表示一个植物种在群落中个体数量的相对概念。某个种的多度二(该种的个体数目/样地中同一生长型全部种的个体数)X100%对于乔木、灌木的统计，采用直接计算法；草本植物常用目测估计的方法，即预先确定多度等级来估计单位面积上个体的多少，等级划分常采用德氏多度法。表4-1德氏多度法等级划分Cop.(Copiosae)Soc.(Sociales) Sp.(Sparsae)Sol.(Solitariae)Un.(Unicun)二极多 «M co多 少 稀少 个别指单位面积上某个植物种的实测植株数目。密度D=(样地内某种植物的个体数N/样地面积5)X100%高度指从土壤表面至植株顶部的高度，称为植株高度。反映植物的生长情况和对生境的适应能力。主要通过野外调查的方法获得，在样地内对每个种随机选择有代表性的植株测定其高度，计算平均高度和最大高度。盖度盖度指的是植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比，即投影盖度。分为乔木的树冠投影盖度(又称郁闭度)、灌木和草本植物枝叶部分的投影盖度。地面测定法根据湿地面积大小和群落结构的复杂程度确定样地大小。一般情况下，湿地、沼生草本群落为1x1m2,盐生草本为1x1m2，水生草本为1x1m2，湿生灌丛为4x4m2，盐生灌丛为4x4m2，沼泽林为10x10m2或20x20m2o将皮尺在植株上方水平拉过，垂直观测皮尺下植株覆盖地面的各段长度，以cm为单位取整数，计算植株覆盖地面的各段长度总和占总长度的百分比。卫星遥感法f=(NDVI-NDVIm.n)/(NDVImax-NDVIm.n)式中，f为盖度；NDVI为所求像元的植被指数；NDVImin、NDVImax分别为研究区内NDVI的最小、最大值。频度表示某种植物个体在群落中水平分布的均匀程度。频度二(某种植物个体出现的样地数/同一植被单元内的全部样地数)X100%总优势度总优势度是表示某种植物在群落中所占的优势程度。用于分析灌木和草本植物的优势程度。总优势度=(相对高度+相对盖度)/2其中，相对高度为某种草的平均高度占本层中各种草平均高度总和的百分比。群落物种多样性指数植物物种多样性指数是物种丰富度与种的多度结合起来的函数。现有的物种多样性指数已达数十种之多，其中，Simpson指数和Shannon-Wiener指数较为常用。Simpson指数又称优势度指数，是对多样性的反面即集中性的度量。假设从包含州个个体的S个种的集合中随机抽取2个个体并且不再放回。如果这2个个体属于同一物种的概率大，则说明集中度高，即多样性低。^E[n(n.-1)]—N(N-1)式中，入为Simpson指数；n./N为第i个物种第一次被抽到的概率；(n-1)/(N—1)为第i个物种第二次被抽中的概率。Shannon-Wiener指数提出了信息不确定的测度公式，如果从群落中随机抽取一个个体，属于哪个种是不确定的，而且物种数越多，其不确定性越大，所以可将不确定性当作多样性。H=EPz.XlogP.式中，H为Shannon-Wiener指数；P.为抽样个体弱于某一物种的概率。叶面积指数单位土地面积上植物绿色面积与土地面积的比值。叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶面积指数实质上也就是光合面积指数。在一定范围内，群体的生物产量随着叶面积指数增大而提高。当它超过一定限度，由于荫蔽减弱了光合效率，生物产量不再增加甚至下降。叶面积指数是植物群体结构合理性的重要标志之一。利用植物冠层分析仪或叶激光仪直接测定。卫星遥感法LAI={ln[（1-NDVI/A）/B]}/C式中，A、B、C均为经验系数。A、B通常接近于1。其中，A值是由植物本身的光谱反射确定；B值与叶倾角、观测角有关；C值取决于叶子对辐射的衰减，这种衰减呈非线性的指数函数变化。植物生物量生物量是指单位面积或单位植株的鲜重或干重，可以定量分析群落生产力的大小。生物量的高低可以作为对环境评价的重要指标，对于草本群落特别是湿地草本植物群落具有重要的理论意义和实践意义，反映了不同群落类型在一年时间内形成有机物质能力的差异。选择不同群落类型设立样地，设立1X1m2大小样方。割取样方内草类的地上部分和地下部分称取鲜重，或剪碎后置于烘箱内烘干，测定干重。湿地面积各类湿地的总面积。湿地是地球上重要的生态系统之一，属于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带，与陆生生态系统的分界在土壤水分饱和范围的边缘，而与水生生态系统的交界一般定为水深2m约相当于挺水植物可以生长的边界。湿地具有丰富的生物多样性，在涵养水源、调节气候、补充地下水、降解环境污染、蓄洪防旱等方面有重要作用。湿地面积的变化直接影响着湿地的功能。地面踏查与遥感技术相结合。土壤pH值土壤pH值说明土壤的酸碱程度，是土壤形成过程和熟化培肥过程的一个指标。土壤中养分存在的形态和有效性，理化性质、微生物活动以及植物生长发育都对其有很大的影响。一般?日值在5〜6.5时呈酸性或强酸性，在7.5〜8.5时土壤呈碱性或强碱性。将钻取的土样取出约30g土样放入50ml烧杯，加入蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，待土粒完全沉淀后用pH计测定其溶液酸碱度作为测定土壤的pH值。土壤养分含量土壤中的氮、磷、钾元素含量是土壤肥力的重要指标，这三种元素是植物生长发育必需的营养成分，它们的缺少或不平衡可以导致植物生长不良。土壤全氮：土壤中的氮分为有机态氮（如蛋白质）和无机态氮（如铵态氮NH4+—N、硝态氮NO3--N、NO2-—N）。两者总和为全氮。其中有机态氮含量占土壤全氮量的99%左右，无机态氮占1%左右，后者是速效养分。土壤水解氮：土壤有机氮中的氨基酸、胺类等简单含氮化合物很容易被微生物水解为有效氮。所以在土壤中，凡在短期内可以矿质化的有机氮化物、铵态氮和硝态氮等都是植物容易吸收利用的形态，通称为水解氮。一般土壤中水解氮每百克干土中含2〜6mg。土壤全磷：土壤中的磷分为有机态磷（如核酸类、植素类）和无机态磷（如磷酸钙镁类、磷酸铁铝类）。两者总和称为全磷。其中有机磷占全磷比重的25〜50%,红壤有机质很少，有机磷多在全磷的10%以下，而黑土有机质高，有机磷可达全磷的65%以上。土壤有效磷：土壤全磷中仅有一小部分是离子态磷酸根、易溶的无机磷化合物和吸附态磷，它们可以被植物直接吸收和利用，称为有效磷。土壤全钾：土壤原生矿物中的钾（如钾长石、白云母）、固定态钾、水溶性钾和交换性钾之和，称为土壤全钾。我国矿质土壤含全钾量少的只有万分之几，多的可高达4〜5%左右，而一般则均在2.5%以下。土壤速效钾：土壤之中的水溶性钾和交换性钾是可以被植物直接吸收利用的，称为速效钾。其中交换性钾约占速效钾的95%左右。土壤养分含量（氮、磷、钾）采用化学实验法或用土壤养分计测定。土壤持水性土壤持水性主要指的是土壤重量含水率。土壤重量含水率是土壤含水量占干土重的百分比。W=g2—g3X100g3-g1式中，W为土壤重量含水率，%；g3-g1干土重，g；g2-g3含水量，g。湿地土壤容重湿地土壤容重指湿地自然土壤结构没有遭到破坏的条件下，单位体积土壤的重量，常以g/cm3表示。由于土钻法易破坏湿地土壤的结构，因此，湿地土壤的取样一般采用剖面法。湿地土壤主要由泥炭层和潜育层两部分构成，泥炭是湿地植被未能彻底分解时与泥土等矿物质的混合沉积，泥炭层厚度一般在20〜50cm，有的可达100cm以上，泥炭层是湿地土壤观测的重点。潜育层位于泥炭层下，是湿地土壤的矿物质层，是非重点分析的层次。考虑泥炭层可能较厚和潜育层分布较深，剖面的取样为1.8mX1.8m的正方形结构，然后做垂直剖面取样。Mx100P=Vx（100+W）式中，P为土壤容重，g/cm3；V为钻筒容积，cm3；M为钻筒内湿土重，g；W为钻筒内土壤重量含水率，以百分数表示。水地下水位地下水位的变化直接影响到上层土壤水分，特别是在地下水位较高的情况下，对植物根系分布层的土壤水分影响更大。因此，测定地下水位深度对于分析土壤水分变化十分必要。选定能代表当地地下水位的、供灌溉或饮水使用的水井进行测定，一般在早上测定。当水井水位因灌溉等原因发生变化时，应在水井水位恢复到正常时进行补测。可用绳、杆、皮尺（绳、皮尺下端应系一重物），或自动仪器进行测量，以m为单位，取一位小数。地表径流量降水或融雪强度一旦超过下渗强度，超过的水量可能暂时留于地表，当地表贮留量达到一定限度时，即向低处流动，成为地表水流而汇入溪流，这一过程称为地表径流，而此过程的水量称为地表径流量。地表径流量是总径流量的一部分，一般由降水造成并在一定区域内形成的薄薄的水流层。开展对地表径流的观测及深入研究，对研究水分平衡具有重要的实际意义。地表径流量通过地表径流场进行观测。地表径流场是从周围地区分隔出来的一块土地，上面建设地表径流观测设施，径流场一般用截水沟分成若干小区域，截水沟相互联系并与一集水槽相接。降到地面的降水在降水量大于土壤渗透率及蒸发时，多余的水分会集中到地表面并流到截水沟，最后集中到集水槽中。集水槽中水量与集水面积之比则为地表径流量，地表径流量以mm为单位。湿地积水面积沼泽湿地是从水体或陆地演变过来的，当某一地区不再具有形成沼泽湿地的趋势，此时的测量得到的面积是该湿地的最大积水面积；湿地形成后，随着外界补给水（降水、径流）的减少，加上当地气温的升高，蒸发量大于补水量的时候，湿地又有向陆地变迁的趋势，湿地的面积逐渐减少，没有减少趋势时沼泽的面积为最小面积。主要使用卫星遥感方法。水体、植被、裸地等在可见光和近红外波段的反射光谱特性有着较大的差异。水体在近红外通道有很强的吸收，反射率极低，在可见光通道的反射率较近红外通道高。植被在可见光通道的反射率较近红外通道低。在近红外通道波长范围内，植被的反射率明显高于水体，而在可见光通道波长范围内，水体的反射率高于植被。裸土的反射率在可见光通道波长范围高于植被和水体，在近红外通道高于水体，低于植被。因此，对于近红外通道和可见光通道的反射率比值，在水体部分＜1,在植被部分＞1，而在植被稀少的裸土地带，处于1左右。利用这一特点可从可见光和近红外通道数据中提取地表水体信息。水体面积计算即为计算等距经纬度投影图像中监测区域内被判识为水体的所有单个像素面积的总和。先求出单个像元面积AS：△S=NpXNt式中，Np为纬度方向距离；吨为经度方向距离则水体面积即为所有象素面积的总和。S=£ASii=1式中，i为像素序号，n为水体的总像素数。积水深度湿地与陆生系统的分界在土壤水分饱和范围的边缘；而与深水系统的交界一般定为水深2m，约相当于挺水植物可以生长范围边界。在湿地内选择一个有代表性的水域，使用带有刻度的绳子（绳子下端拴有重物）测定积水深度，以mm为单位。灾害1.干旱干旱是一种因长期无降水、少降水或降水异常偏少，而造成空气干燥、土壤缺水的气候现象。干旱在气象学上有两种含义：一是干旱气候，一是干旱灾害。前者是指最大可能蒸散量比降水量大得多的一种气候现象，通常干旱气候是指用H.L.彭曼公式计算的最大可能蒸散量与年降水量的比值大于或等于3.5的地区。与干旱气候不同，干旱灾害是指某一具体的年、季或月的降水量比多年平均降水量显著偏少而发生的危害，它的发生区遍及全国。在干旱半干旱地区，由于降水量年际变化大，降水显著偏少的年份比较多，干旱灾害的发生频率往往比较高，而湿润气候区则相反。用于描述气候干旱的指标有很多，诸如降水量、降水距平百分率、Z指数、Palmer指数等。①降水量（P）和降水量距平百分率（与）定义和计算方法见气象部分。表4-2根据降水量和降水量距平百分率划分的干旱等级

等级类型降水量距平百分率（P）[%]（月尺度）"降水量距平百分率（Pa）[%]（季尺度）11 1无旱-50VPa-25<Pa21 1轻旱-75<PaW-50-50<Pa<-253中旱-90<PaW-75-75<Pa<-5041 1重旱-99<PaW-90-90<Pa<-755特旱P<-99P<-90a a②标准化降水指数（SP/或Z）由于不同时间尺度、不同地区降水量变化幅度很大，直接用降水量在时空尺度上很难相互比较，而且降水分布是一种偏态分布，不是正态分布，所以在许多降水分析中，采®分布概率来描述降水量的变化。标准化降水指标（简称SP/）就是先求出降水量「分布概率，然后再正态标准化而得。其计算步骤为：a.假设某时段降水量为随机变量x，则其r分布的概率密度函数为：f（x）=i?^xie-x/p x>0r（Y）=j8xY-1e-xdx （2）其中：协0，y>0分别为尺度和形状参数，月和Y可用极大似然估计方法求得:1+<1+4A/3Y= 4A其中人=igx一n：igx 式中，x,・为降水量资料样本，x为降水量多年平均值。确定概率密度函数中的参数后，对于某一年的降水量x。，可求出随机变量x小于x°事件的概率为:P（x<x0）=』8f（x）dx （6）利用数值积分可以计算用（1）式代入（6）式后的事件概率近似估计值。c.对r分布概率进行正态标准化处理即：降水量为c.对r分布概率进行正态标准化处理即：等级类型SPI值累积频率1无旱-0.5<SPI>31%2轻旱-1.0<SPI<-0.516〜31%3中旱-1.5<SPI<-1.07〜16%4重旱-2.0<SPI<-1.52〜7%5特旱SPI<-2.0<2%,即将（6）、（7）式求得的概率值代入标准化正态分布函数，式中，m为降水量为0的样本数，n为总样本数。表4-3根据标准化降水指数SP/划分的干旱等级P(x<x)= ..-^—j8e-z2/2dx0 、:2兀0对（8）式进行近似求解可得:z=s*—(c2*+%)*+c0一((d31+d2)t+d)t+1.0t=.,-ln土t=.,-ln土P2其中，时，S=-1。c0=2.515517，d1=1.432788,P为（6）式或（7）式求得的概率，并当P>0.5时，P=1.0-P,S=1；当PW0.5气=0.802853,

d2=0.189269,c2=0.010328,

d3=0.001308。由（9）式求得的Z值也就是此标准化降水指数SPI。相对湿润度指数（肱,）相对湿润度指数的定义可写成如下形式：mP-EM=iE式中，P为某时段的降水量，E为某时段的可能蒸散量，用Penman-Monteith或Thornthwaite方法计算。表4-4根据相对湿润度指数M.划分的干旱等级等级类型相对湿润度指数M.1（月尺度）相对湿润度指数M.1（季尺度）1无旱-0.50<M.-0.25<M.2轻旱-0.75<M.<-0.50-0.50<M.<-0.253中旱-0.90<M.<-0.75-0.75<M.<-0.504重旱-0.99<M.<-0.90-0.90<M.<-0.755—特旱M<-0.99M.<-0.90I I综合干旱指数C由于发生干旱的原因是多方面的，影响干旱严重程度的因子很多，所以确定干旱的指标是一个复杂的问题。单一干旱指数无法满足要求。气象干旱综合指数C.是以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立的一种综合指数：C=以Z+YM+。Z当C/0时，P10NPa；P30N1.5xPa，并P10NPa/3；或Pd，PJ2,则C.=C.；否则C.=0。当C.<0，并P10NE0时，则C.=0.5xC.；当Py<200mm，C.=0。Pa=200mm，E0=E5，当E5<5mm时，贝E0=5mmo式中，Z、Z为近30天和90天标准化降水指数SPI；M3为近30天相对湿润度指数；E5为近5天的可能蒸散量。P10为近10天降水量，P30为近30天降水量，Pd为近10天一日最大降水量，Py为常年年降水量；a、Y、B为权重系数，分别取0.4、0.8、0.4o '表4-5根据综合干旱指数C.划分的干旱等级等级类型C.值干旱影响程度1无旱1-0.6<Ci降水正常或较常年偏多，地表湿润，无旱象。2轻旱-1.2<C.<-0.6降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分不足，对植物有轻微影响。3中旱-1.8<C.<-1.2降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分较严重不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象，对植物和生态环境造成一定影响。土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片4重旱-2.4<C.<-1.8干枯，果实脱落；对植物和生态环境造成较严重影响，工业生产、人畜饮水产生一定影响。5特旱C<-2.4土壤出现水分长时间持续严重不足，地表植物干枯、死亡；对植物和生态环I境造成严重影响、工业生产、人畜饮水产生较大影响土壤墒情干旱指数表4-6根据土壤相对湿度划分的干旱等级等级类型—20cm深度土壤相对湿度对植物影响程度1无旱R>60%地表湿润，无旱象2轻旱60NR>50%地表蒸发量较小，近地表空气干燥3中旱50NR>40%土壤表面干燥，地表植物叶片白天有萎蔫现象4重旱40NR>30%土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片干枯，果实脱落5特旱 R<30%基本无土壤蒸发，地表植物干枯、死亡土壤相对湿度，以重量含水率占田间持水量的百分比表示。w~R=—x100%fc式中，—为土壤重量含水率；fc为田间持水量。土壤重量含水率： cm-mW=——dx100%md式中，W为土壤重量含水量，m—为湿土重量，md为干土重量。土壤田间持水量：Q=2("-—)『.'也100式中，Q为灌水量，m3；a为假设所测土层中的平均田间持水量，％，一般沙土取20%，壤土25%，粘土取27%；W为灌水前的土壤湿度，%；P为所测深度的土壤容重，m3/m3，一般取1.5；s为小区面积，m2；h为测定的深度，m；2为小区需水量的保证系数。帕默尔干旱等级帕默尔干旱指数计算步骤如下：统计水文帐，由长期气象资料序列计算出月水分平衡各分量的实际值、可能值及平均值，包括蒸散量、潜在蒸散量、径流量、潜在径流量、补水量、潜在补水量、失水量和潜在失水量；计算各气候常数和系数，包括蒸散系数、补水系数、径流系数、失水系数和气候特征值；计算出水分平衡各分量的气候适宜值，包括气候适宜蒸散量、气候适宜补水量、气候适宜径流量、气候适宜失水量和气候适宜降水量；计算水分盈亏值和水分距平指数；建立帕默尔干旱指数计算公式；对权重因子K进行修正，计算最后的水分距平指数Z；干期（或湿期）结束的度计算。表4-7根据帕默尔指数划分的干旱等级 干旱等级级别 名称 危害程度 无旱 无危害轻旱 轻微危害中旱 中等危害1重旱 严重危害1 5 特旱 特重危害旱度指数(X)范围划分X299-1.00NXN-1.99-2.00NXN-2.99-3.00NXN-2.99 X<-4.00霜冻是指在植株生长季节里，夜间土壤和植株表面的温度下降到0°C以下使植株体内水分形成冰晶，造成植物受害的短时间低温冻害。分为春霜冻和秋霜冻。常用日最低气温和地面最低温度＜0C为霜冻的气候指标。采用地面观测调查与卫星遥感相结合的方式进行。①地面调查法表4-8霜冻危害程度评定标准 等级 受害症状轻<10%植株叶片变成褐色，叶子边缘、叶尖受害。中10〜50%植株的叶片变成褐色，变黑、干枯。重50〜80%大部分植株的叶片、花序、花蕾、未成熟果实受冻。很重>80%植株全部被冻死。重点是记录分析发生范围、程度、发生频次，与常年比较。②卫星遥感法在灾害发生4〜7天后，利用灾前和灾后（4〜7天时）的归一化植被指数进行对比。△NDVI=NDVI匚4在-NDVI…灾后4-7天 灾刖再结合地面调查资料确定阈值，然后计算受灾面积。冰雹冰雹是一种局地性强、季节性明显、来势急、持续时间短，以砸伤为主的气象灾害，观测中专指直径在5mm以上的固体降水。轻