《牧区草原旱情监测预测评估系统》编制说明

《牧区草原旱情监测预测评估系统》编制说明

一、标准制定的必要性

干旱灾害作为人类当前所面临的严峻挑战，国际和国内普遍给予广泛的关注

并开展了相关研究。在干旱科学理论研究方面，分析了干旱缺水发生、发展规律，

建立评估指标体系和进行灾变经济损失研究等，在减灾技术上通过采用工程措施

或非工程措施，来减轻、缓解或部分控制干旱缺水对人类的危害。另外鉴于干旱

灾害发生发展的延缓性和随机性，应用概率论、灰色系统理论等，进一步研究了

干旱区气候变化趋势及其与干旱灾变的关联性以及减灾对策等措施，这些研究有

些正在起步，逐步深化，有些已应用于生产实践，对防灾、抗灾、减灾起到了一

定作用。但是以往针对干旱和旱灾的研究多倾向于农业系统，对于牧区旱灾进行

系统性研究成果罕见。

受区域地形地貌及气候特征的影响，内蒙古牧区历史上干旱灾害频发，对经

济社会以及生态环境的影响巨大。据统计，2004～2019年，全区农作物累计受

灾面积达2989.90万公顷，受旱饮水困难人口1296.59万人，受旱饮水困难牲畜

4116.56万头，灾害造成直接经济损失合计1162.50亿元。可见干旱灾害的频繁

发生，成为影响人民群众生命财产安全、现代农牧业发展和草原生态保护的重要

制约因素。因此，对抗旱减灾关键技术进行广泛而深入研究，尤其是开展牧区干

旱监测预警与旱灾综合风险评估关键技术研究，重点解决“哪里旱”、“有多旱”、

“旱多久”和“怎么办”等问题，为政府部门正确判断旱情提供准确信息，为抗

旱部门制定抗旱决策及时提供科学依据，是新时期抗旱减灾工作中极为重要且不

可或缺的内容。

本标准旨在解决内蒙古牧区草原旱情监测预测评估的关键技术问题，从旱情

监测预警、旱灾风险评估、抗旱能力评价以及防旱减灾对策等方面筛选相关指标，

构建多功能综合性旱情应用技术平台，提出牧区草原旱情监测预测评估系统的团

体规范，该团体标准对内蒙古牧区草原防旱减灾、保障草原生态安全和农牧业可

持续发展具有重要的现实指导意义和实用价值。

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二、标准编制原则及依据

1、按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》要求进行编写。

2、参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用性

和可操作性。

三、项目背景及工作情况

（一）任务来源

根据《中国国际科技促进会标准化工作委员会团体标准管理办法》的有关规

定，经中国国际科技促进会标准化工作委员会及相关专家技术审核，批准《牧区

草原旱情监测预测评估系统》团体标准制定计划，计划编号为：CI2023261。本

标准由水利部牧区水利科学研究所提出，中国国际科技促进会归口。

根据计划要求，本标准完成时限为12个月。

（二）标准起草单位

本标准的主要起草单位是水利部牧区水利科学研究所、内蒙古农业大学、内

蒙古自治区生态与农业气象中心、内蒙古自治区水旱灾害防御技术中心、内蒙古

自治区防汛抗旱指挥部办公室、内蒙古金华源环境资源工程咨询有限责任公司、

内蒙古黄河生态研究院，负责标准文档起草及相关文件的编制等。

（三）标准研制过程及相关工作计划

1、前期准备工作

项目立项前，标准编制小组查阅、研读相关国内外文献，广泛收集牧区草原

旱情监测预测评估系统相关的材料和数据。同时，小组成员需构思该旱情监测预

测评估系统的框架及模块，进行系统建设需求分析。并与该领域的相关专家和用

户进行调研、交流，广泛征求标准制定方面的意见和建议，以确保团体标准的科

学性和实用性。

2、标准起草过程

团体标准立项通知公示后，标准编制小组首先组织了标注制定工作会议，各

编写人员根据工作计划分工和编写要求开展了相关工作。在标准起草期间，编制

小组主编单位及参编单位组织了数次内部研讨会和专家咨询会，经过多次修改，

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于2023年10月完成了标准初稿及编制说明的撰写⼯作。

3、征求意见情况

2023年10月底标准编制小组先后通过现场会议、电话、微信等多种形式征

集行业专家相关意见和建议。针对征集的意见，标准编制小组召开了研讨会，将

收集到的意见进行汇总处理分析，在充分吸纳合理意见的基础上，先后修改和完

成标准内容，于2024年1月初根据在各单位反馈意见基础上，形成了标准征求

意见稿并由中国国际科技促进会提交全国标准信息平台公示。

（四）主要试验（或验证）情况分析

标准编写组人员主持的中国水利水电科学研究院基本科研业务费专项“基

于遥感与地面监测的牧区干旱指标适用性研究”、“牧区旱情空天地多源信息综合

监测技术与评估体系研究”、“干旱牧区旱灾脆弱性评价指标体系及评价模型研

究”、“内蒙古高原典型草原流域水文干旱演变及其影响因子研究”和“基于叶绿

素荧光（SIF）的遥感植被干旱胁迫指数的识别与构建”项目，以及包括内蒙古

自治区科技计划“内蒙古自治区牧区草原旱情监测预警系统与防旱减灾对策研

究”等项目，既有科研成果支撑的项目、又有科研项目同步研制的项目，为本标

准的制定提供了科学依据和技术支撑。

另外，“牧区草原旱情监测预测评估系统”经推广应用，该系统被内蒙古自

治区水利厅采纳并作为全区开展旱情工作的重要技术支撑；呼伦贝尔根河市气象

局利用该系统进行了林业旱情的监测和评估；鄂尔多斯市水利局基于该系统中的

气象干旱、水文干旱和农牧业干旱等综合干旱监测指标，准确地获取了全市牧业

的旱情和灾情信息，有力的辅助了防旱减灾工作；满洲里市农牧水利局利用该系

统，有效的实现了旱情大尺度、精细化和实时的旱情信息；旱情系统也准确的为

锡林浩特国家气候观象台提供了牧区实时干旱情况及预测预警信息。这表明牧区

草原旱情监测预测评估系统对全区和地方相关部门开展业务化和科学研究工作

具有重要的现实指导意义，为本标准的制定提供了应用实例，进行了系统的有效

验证。系统应用实例证明如图1～图5所示。

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图1内蒙古自治区水利厅应用证明

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图2呼伦贝尔根河市气象局应用证明

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图3鄂尔多斯市水利局应用证明

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图4满洲里市农牧水利局应用证明

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图5锡林浩特国家气候观象台应用证明

基于气象、水文、土壤以及遥感监测的实时数据，采用多种干旱指标模型（包

括6种气象干旱指标、4种水文干旱指标、2种牧业干旱指标、3种遥感干旱

指标、2种林业干旱指标），得到各类干旱的空间分布特征以及旱情等级评估的

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统计结果；通过接入气象预报数据，以及实时传输获取的野外旱情监测站点数据，

来实现旱情预测结果的空间展示；基于社会经济、抗旱业务等数据，结合旱情监

测结果，联合运用层次分析法与模糊评价法对牧区各地区抗旱能力进行评估；另

外，系统通过外部上传某一地区的旱情（灾）历史记录，以卡方检验的临界值

（a=0.05）作为目标值，实现干旱指标（用户指定）的旱情等级阈值的本地化率

定。在此基础上，结合多模块的功能应用提出牧区草原监测预测评估系统。

1、试验区概况

研究区为内蒙古牧区草原，包含草甸草原、典型草原、荒漠草原及草原化荒

漠等多种生态类型，经过多年项目积累，水利部牧区水利科学研究所在全区范围

内建立了多处牧区草原旱情监测研究示范区，布置了多要素小型气象站、土壤水

分监测仪等多种旱情监测设备，通过无线传输可实时获取监测数据，利用系统数

据库中实时监测的各数据要素，进行系统中旱情监测、旱情预测、旱情评估及参

数率定等。

图6乌审召野外气象观测点

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图7鄂温克旗自治旗野外气象观测点

2、旱情监测

基于站点的野外及遥感监测数据，计算站点尺度的干旱指标值，包括6种气

象干旱指标：降水量距平百分率（PA）、标准化降水指数（SPI）、标准化降水蒸

散指数（SPEI）、相对湿润度（MI）、帕默尔干旱指数（PDSI）、气象干旱综合指

数（MCI）；4种水文干旱指标：径流量距平百分比（RA）、水库蓄水量百分率（RSVA）、

地下水埋深下降量（DGRW）、径流Z指数（RZ）；2种牧业干旱指标：连续无雨日

指数（DNP）、土壤相对湿度干旱指数（RSM）；2种林业干旱指标：标准化降水指

数（SPI）、标准化降水蒸散指数（SPEI）；1种社会经济干旱指标：区域供需差

值；3种遥感干旱指标：植被条件指数（VCI）、温度植被干旱指数（TVDI）、植

被供水指数（VSWI）。通过不同的空间插值方法，得到“全区”、“牧区”和“林

区”不同区域的旱情分布。

以指标（PA）为例，用户点击“指标计算”选项卡→选择“区域计算”→选

择区域（若不全区域，默认为内蒙全区）→选择时间（2020-03-31）→选择指

标（PA）→选择该指标的时间尺度（月尺度）→选择插值方法（IDW），最后点击

“计算”（见图8）。

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图8旱情监测指标计算-降水量距平百分率（PA）指标（1个月尺度/idw）

用户通过在“测站数据”选项卡中，查看计算得到的站点指标值。并且通过

点击视图区中的站点，查看站点信息及指标计算值（见图9）。

图9站点数据查看

另外，旱情监测还具备监测指标对比模块，实现对同一区域、不同干旱指标、

不同尺度、不同时间的对比。以林区12个月尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）

在2019-04-30（左）与2020-03-31（右）的对比为例（见图10）。

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图10标准化降雨蒸散指数（SPEI）在不同时间尺度上的对比

3、旱情预测

旱情预测模块包括了气象要素的预报和干旱指数的预测。其中气象要素预报

实时接入了气象部门关于降雨、气温的预报数据，提供对应预报时段数据的展示、

全自治区各区域的气象预报平均值的计算与查询（见图11）。

图11内蒙古区域气象要素预报信息

干旱指数预测模块实现了基于指标计算法的MCI、SPI、SPEI的计算、查询

功能以及展示各等级旱情的面积统计值。以锡林郭勒盟2019年05月03日MCI

指标为例（见图12）。

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图12旱情预测-指标计算法（MCI）

4、旱情评估

旱情评估模块包括旱情评估、旱灾评估、抗旱能力评价的结果查询与空间展

示。旱情评估包含旱情强度评估、旱情频率分析两方面。

在旱情强度评估中，系统提供SPI、SPEI、MCI、PDSI等干旱指标的强度评

估。用户选择“区域”→“时间”→“指标”→“尺度”，查看所选指标的干旱

分布。可通过“面积统计”与“时序分析”两方面进行展示。以内蒙古全区为例，

干旱指标选择MCI，时间为2020-03-31（见图13和图14）。

图13旱情强度评估-面积统计

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图14旱情强度评估-时序分析

旱情频率分析模块包括了“频率分析”与“站次比分析”两部分。“频率分

析”是对某一地区在统计时段内各等级旱情在春季、夏季、秋季、冬季以及全年

的频率分布的展示与计算。“站次比分析”可查看所选区域每年的站次比情况。

用户选择“区域”→统计时段的“终止年份”→“统计时段”→“指标”→“尺

度”→“干旱类型”，点击“查看”。以1989-2018年内蒙古全区、春季、重旱的

频率分布为例（见图15和图16）。

图15干旱频率分析

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图16干旱频率分析-站次比分析

旱灾评估模块将通过各地的旱灾上报数据，以表格、地图形式展示用户所选

区域的牧区受旱面积、人畜受灾情况、水利工程蓄水情况及其它旱情。以内蒙古

全区2019年04月29日人畜受灾情况为例（见图17）。

图17旱灾评估-人畜受灾

在抗旱能力评价模块中，用户可通过输入时间、区域、指标，查询所选区域

的背景条件评价、水利工程条件评价、经济发展条件评价、科技发展条件评价、

抗旱服务管理水平评价及抗旱能力综合评价结果。以内蒙古全区2019年抗旱能

力综合评价结果为例（见图18）。

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图18抗旱能力评价结果

5、参数率定

参数率定模块包括干旱等级阈值率定、抗旱能力评价计算两个部分。干旱等

级阈值率定是通过将卡方检验结果作为标准，对SPI、SPEI、MCI、林区SPI、林

区SPEI等干旱指标的干旱等级阈值进行率定。以1961年02月01日锡林郭勒盟

SPI月尺度指标为例，见图19。

图19干旱等级阈值率定结果-SPI

抗旱能力评价计算模块是基于收集数据，采用层次分析法，对影响区域抗旱

能力评价的各因子进行权重计算；然后采用模糊评价法，对区域的抗旱能力进行

综合评价。以内蒙古全区为例，如图20所示。

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图20抗旱能力评价计算结果

四、标准制定的基本原则

标准编制过程中，遵循了以下基本原则：

1、标准需要具有行业特点，指标及其对应的分析方法要积极参照采用国家

标准和行业标准。

2、标准要能够体现出系统具有的关键共性技术要素，能够使系统正常运行

和实现预期功能。

3、标准能够为系统的开发、改进指出明确的方向。

4、标准需要具有科学性、实用性、先进性和可操作性。

5、标准要能够结合相关行业实际情况和技术特点。

6、标准要与相关法律、法规、规章及标准法规协调一致。

7、标准需要全面考虑整个系统的完整性和协调性，确保标准的系统性和一

致性。

8、标准要能够体现出系统的开放性和可扩展性，确保标准的可持续性和适

应性。

9、标准可促进行业健康发展与技术进步。

五、标准主要内容

本标准规定了牧区草原旱