生态气象监测指标体系

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1、附件1：生态气象监测指标体系（试行）农田生态系统中国气象局二OO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、外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

2、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

3、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

4、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。预测减灾司二六年三月目录概述.1原则.2农田生态系统监测指标总表.3气象4大气成分7生物8土壤10水12灾害13参考文献20附加说明.21概述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，分析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

5、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

6、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。原则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

7、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

8、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。农田生态系统监测指标总表气象大气成分生物土壤水灾害10C活动积温降水pH值农田主推品种良种覆盖率土壤pH值蓄水量与灌溉条件干旱25C活动积温降尘总量物候期土壤盐分含量地下水位洪涝310C活动积温叶面积指数土壤肥力水体面积连阴雨4有效生长季干物质重量施肥结构总有机碳（TOC）冰雹5无霜期产量结构土壤水分含量化学需氧量（COD

9、）霜冻6（日、月、年）平均气温籽粒品质生物需氧量（BOD）低温冷害7（日、月、年）最高气温、最低气温作物长势干热风8气温日较差高温逼熟9降水量风灾10降水距平百分率沙尘暴11蒸发量病虫害12干燥度13日照时数14光合有效辐射15气候生产潜力16积雪气象0C活动积温积温指一定时期内日平均温度的总和。积温是作物要求热量的指标，因作物种类、品种和生育期的不同而异；积温也是地区热量资源指标。根据作物的积温要求，对照地区的热量资源，便可评价该地热量条件，为作物的生育期预报、合理利用农业气候资源和改革种植制度等提供依据。活动温度则指高于植物生物学下限温度的日平均气温。从每年日平均气温稳定通过0C这天起，到

10、稳定结束0C这天止，其间逐日平均气温相加，其和为0C活动积温。0C活动积温是研究作物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标。作物发育的起始温度(又称生物学零度)不一定和0C相一致，因作物种类、品种而异，而且同一作物，不同发育期也不相同，多数都在0C以上，因此0C活动积温是热量资源的基本指标。A=2Ti(Ti0C)其中Aa为0C活动积温；Ti为时段内某日的平均温度。1. 5C活动积温从每年日平均气温稳定通过5C这天起，到稳定结束5C这天止，其间逐日平均气温相加之和为5C活动积温。日平均气温稳定通过5C的日期，在春季是豆类等秋田杂粮作物播种期和果木发芽期。日平均气温5C期间的持续日数，称为

11、耐寒作物和果木的有利生长期。Aa=2Ti(Ti5C)其中Aa为5C活动积温；Ti为时段内某日的平均温度。2. 10C活动积温10C是大多数作物生长的下限温度。每年日平均气温稳定通过10C这天起，到稳定结束10C这天止，其间逐日平均气温相加之和为10C活动积温。10C是春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长的温度；在秋季其终日是喜温作物停止生长、喜凉作物光合作用显著降低的日期。开始大于10C至开始小于10C之间的时段为喜温作物的生长期和喜凉作物活跃生长期。因此，它可以代表当地的热量资源状况，表示各种作物在整个生长期内热量供应的可靠指标。Aa=2Ti(Ti10C)其中Aa为10C活动积温

12、；Ti为时段内某日的平均温度。有效生长季指某地每年作物稳定通过生长下限温度的持续日数，是品种选择、引种、针对不利气象条件采取生产措施的依据。大多数作物指稳定通过10C的持续日数。南方水稻的早稻移栽、晚稻灌浆的最低温度要求稳定在15C以上。以水稻为例，R=r1r2其中R为有效生长季；r2为稳定通过15C日期，为稳定结束15C日期。无霜期无霜期是指终、初霜之间的持续日数。初霜指后半年第一次出现的霜，此后进入霜期，初霜期多发生于秋季，初霜期出现较早的年份往往使处于生长后期的秋熟作物遭受霜冻危害，降低产量和品质。终霜指前半年最后一次出现的霜，此后进入无霜期，终霜期多发生于春季，终霜期出现较迟的年份，易

13、使小麦、油菜或春播作物幼苗遭受冻害。无霜期越长，对作物生长越有利。由于每年的气候情况不完全相同，出现初霜和终霜的日期有早有晚，无霜期不一致。3. 无霜期=初霜日期终霜日期（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。4. （日、月、年）最高气温、最低气温（月、年）极端最高（月、年）极端最低气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;气温指一月中或一年中气温的最大值。日最低气温

14、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；温指一月中或一年中气温的最小值。5. 气温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。气温日较差的大小与地理纬度、季节、地表性质、天气状况有关，对作物生长发育、产量形成、产品品质有很大影响。气温日较差=日最高气温日最低气温9降水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。降水量反映当地的农业气候资源，各种降水量条件决定不同生产制度。监测降水量的变化，可研究一定时期降水量大小对作物生长的利弊影响，进行有关作物品种与耕作技术的调整。通常采用雨量器（

15、雨量计）于每日08、20时分别量取前12小时降水量，或采用自动观测方法。10. 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=（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%11. 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（是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

16、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。农田生态系统中蒸发量监测主要用于研究农田水分供应与支出的关系，进而研究农田水分利用效率、节水措施、生产调控的依据。蒸发量=前一日水面高度+降水量（以雨量器观测值为准）-测量时水面高度12. 干燥度干燥度指有植被地段的最大可能蒸发量与降水量之比值。这是衡量一个地区气候干湿程度的定量指标，也是衡量作物水分供求程度的水分平衡指标，同时也是各地水分资源的区划指标。C、TK=R式中，K为年干燥度；C工T表示蒸发力，其中C为系数，工T为A

17、0C活动积温；R为0C期间的降水量。当K=1时，表示水分大体收支平衡；当K1时，水分支大于收；当K1时，水分收大于支。一般年干燥度0.500.99为湿润区；1.001.49，为半湿润区；1.51.99，为半干旱区；2.003.99为干旱区。13. 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120Wm-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。日照时间的长短对作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

18、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。14. 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。15. 气候生产潜力气候生产潜力是指在作物生长期内单位面积上，假设作物品种、土壤性状、耕作技术都适宜，在当地的光照、温度、水分条件下，作物可能获得的最高产量。因此，作物气候生产潜力的阶乘式数学模型，即Yc=Ypf(T)f

19、(W)式中，Yc为气候生产潜力，Yp为光合生产潜力，f(T)为温度影响订正系数，f(W)为水分影响订正系数。作物光合生产潜力是指在温度、水分、土壤肥力和农业技术措施等参量处在最适宜的条件下，仅由太阳辐射所确定的作物产量，即在当地气候条件下作物产量的最高值。某地的作物光合潜力可表示为：Yp=(E?Ch?刀Q)?h(1-Ca)-1其中E=E(1-a)(1-3)(1-Y)(1-P)(13)式中，E为理论光能利用率，表示理想情况下，扣除各种损耗后，植物吸收太阳辐射合成干物质的理论效率，分别由以下各项决定：E为光合有效辐射占总辐射的比例，取0.49；a为作物反射率，平均取0.23；3为作物群体对太阳辐射

20、的漏射率，平均为0.06；丫为光饱和限制率，在自然条件下一般不构成限制，取0；p为作物非光合器官对太阳辐射的无效吸收，取0.1；3为作物呼吸损耗率，取0.3；为量子转化效率，取0.224。Ch为作物经济系数，表示经济产量占生物量的比例。Ca为作物灰分含量，取0.08。h为每形成1g干物质所需的热量，等于干物质燃烧热，平均取为17850焦耳/g。刀Q为作物生长季内太阳总辐射。根据温度对不同种类作物影响的差异，分别进行喜凉作物和喜温作物的温度影响订正：喜凉作物：0t/322-1/30t3C3Cwt32C喜温作物:rof(T)=0.027t+3.67t6C6Cwt21C21Cwt28C28Cwt32

21、C32CWt44Ct为日平均温度水分对作物生长的满足程度可由水分的收入和支出之比表示。农作物生长过程中，主要水分收入项是自然降水和人工灌溉，支出项是蒸散。在不考虑人工灌溉情况下，水分影响函数可以表示为：_1f（W）=P?（ETm）1式中，P为降水量，ETm为作物需水量（农田最大可能蒸散量），由Penman公式计算。16. 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

22、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（仆m）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附近，积雪的反射率低，云尤其低云高，

23、以此作为识别积雪和低云的主要依据。归一化积雪指数NDSI=（R可见光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=/4Tkin式中，&为发射率，Tkin为动力学温度。大气成分1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25C、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107mo1/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

24、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pHV4.9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。2. 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10卩m。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

25、、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/km2d。大气降尘总量W=（Wi-Wa-Wb）/（Sxn）x104其中W为降尘总量，t/km2d;Wi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，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，d。生物1. 农田主推品种、良种覆盖率主推品种指的是当地农田种植作物的主要推广品种。良种覆盖率为良种在当地种植的覆盖情况。分析当地作物种植的总产、品质、生产潜力及变化，需要了解作物主推品种、种植面积以及与历史相比的增减情况。通过调查，以及从农业、统计、种

26、子部门获取。2. 物候期指生物在进化过程中，生物的生命活动随气候变化而在形态上和生理机能上具有的与之相应的规律变化，称物候期。作物物候期的观测，是根据其外部形态变化，记载作物从播种到成熟的整个生育过程中发育期出现的日期，以了解发育速度和进程，分析各时期与气象条件的关系，鉴定农作物生长发育的农业气象条件。当观测植株上或茎上出现某一发育期特征时，即为该个体进入了某一发育期。地段作物群体进入发育期，是以观测的总株数中进入发育期的株数所占的百分率确定的。第一次大于或等于10%为发育始期，大于或等于50%为发育普遍期，大于或等于80%为末期。3. 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。动

27、态监测叶面积指数，是研究环境气象因子、土壤因子对植株生长影响的基础。 叶面积仪法用叶面积仪测定植株上各叶片的叶面积，得出单株叶面积；调查单位面积（1m2）的丛株数；计算单位面积的叶面积;计算叶面积指数。 长*宽*校正系数法测量叶片宽度：量取样本植株每片绿色完全展开完整叶片的长度匚和最大宽度Di;计算单株叶面积（S1）:单株上各叶片长宽乘积之和与校正系数之积；S1=3ixDixk计算1m2叶面积（S2）:单株叶面积与1m2株（m）之积；S2=S1xm计算叶面积指数：单位土地面积（S）上的绿色叶面积的倍数。LAI=S2/S 卫星遥感法LAI=ln(1-NDVI/A)/B/C式中，A、B、C均为经验

28、系数。A、B通常接近于1对于小麦，叶角为球形分布，C通常为0.5。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。干物质重量植物植株经过干燥后的重量。植物干物质是光合作用的产物，其重量是植物生长状况的基本特征之一。一般采用烘干法测定。将采集的植物样品分器官，放入恒温干燥箱内烘干至恒重，可获得植株分器官干物质重、植株干物质重。用于分析环境气象因子、土肥因子对植物叶、茎、籽粒(果实)等及植株的影响。4. 产量结构产量结构分析是对构成产量各因素之间的相互组合进行分析测定，以便综合分析鉴定全生育期中农业气象条件对作物生长发育及

29、产量形成影响的利弊程度。不同作物产量结构分析项目有所差异。稻类包括穗粒数、穗结实粒数、空壳率、秕谷率、千粒重、理论产量、株成穗数、成穗率、茎秆重、子粒与茎秆比等；麦类包括小穗数、不孕小穗率、穗粒数、千粒重、理论产量、株成穗数、成穗率、茎秆重、子粒与茎秆比等；玉米包括果穗长、果穗粗、秃尖比、株子粒重、百粒重、理论产量、茎秆重、子粒与茎秆比等；马铃薯包括株薯块重、屑薯率、理论产量、鲜茎重、薯与茎比等；棉花包括株铃数、僵烂铃率、未成熟铃率、蕾铃脱落率、株子棉重、霜前花率、纤维长、衣分、子棉理论产量、棉秆重、子棉与棉秆比等；油菜包括株荚果树、株子粒重、千粒重、理论产量、茎秆重、子粒与茎秆比等。6.籽粒

30、品质主要包括粗脂肪、粗蛋白、粗灰分、粗纤维等，是籽粒营养、口感的重要因素以及粮食、饲料加工的依据。粗脂肪：索氏抽提法。粗脂肪()=Wi(100M标”W(100M)100式中，W1为粗脂肪重量，g；W为试样重量，g；M为试样水分百分率，；M标为试样标准水分、标准杂质之和，。粗蛋白：自动定氮分析法。将蛋白质的氮素转化成氨，与硫酸化合成硫酸氨，然后测定氨量，再乘以相应的系数。蛋白质(g/100g)=(V-V0)10.014011NXF/M1100式中，V为样品消耗盐酸标准液的体积，ml;V0为试剂空白消耗盐酸标准液的体积，ml;N为盐酸标准溶液的摩尔浓度，mol；0.01401是1mol盐酸标准液1

31、mlL相当于氮克数；F为氮换算为蛋白质的系数(一般样品的系数为6.25);M为样品的质量，g。粗灰分：灼烧重量法。X=(m1-m2)/(m3-m2)式中，X为样品中灰分的含量，%;mi为坩埚和灰分的质量，g;m2为坩埚的质量，g;m3为坩埚和样品的质量，g。粗纤维：硫酸氢氧化钾法。X=(G/m)1100式中，X为样品中含粗纤维的含量，;G为残余物的质量(或经高温炉损失的质量)，g;m为样品的质量，g。7.作物长势用于分析光温水条件、农业灾害对农田作物生长的时空影响。为当地生产与决策部门提供长势服务以及生产对策。主要应用卫星遥感方法。 比值植被指数（RVI）由于可见光红波段（R）与近红外波段（N

32、IR）对绿色植物的光谱响应十分不同，因此两者简单的数值比一一比值植被指数（RVI）能充分表达两反射率之间的差异。比值植被指数可提供植被反射的重要信息，是植被长势、丰度的度量方法之一。比值植被指数与叶面积指数、叶干生物量、叶绿素含量相关性高，被广泛用于估算和监测绿色植物生物量，在植被高密度覆盖情况下，它对植被十分敏感，与生物量的相关性最好，但当植被覆盖度小于50%时，它的分辨能力显著下降。RVI=DNNIR/DNRDNnir和Dnr分别为近红外、红波段的计数值（灰度值）或RVI=pnir/pRpNIR和pR分别是近红外和红波段的反射率 归一化植被指数（NDVI）针对浓密植被的红光反射很小，其RV

33、I值将无界增长，因此将简单的比值植被指数RVI，经非线性归一化处理得“归一化差值植被指数”，使其比值，限定在-1，1范围内。其被定义为近红外波段与可见光红外波段数值之差和这两个波段数值之和的比值。NDVI与叶面积指数、绿色生物量、植被覆盖度、光合作用等植被参数有密切关系，是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子，在植被遥感中，应用最为广泛。NDVI=（pNIRpR）/（pNIRpR）pNIR和pR分别是近红外通道和红外通道的反射率。土壤1. 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

34、很大的影响。一般pH值在56.5时呈酸性或强酸性，在7.58.5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。2. 土壤盐分含量土壤中的盐类主要为Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-等组成的各类盐类。土壤含盐量是指干土中所含易溶盐的重量百分数，土壤盐分会对植物造成危害，一是由于总含盐量高使渗透压升高，造成植物根系难以从土壤中吸收水分；二是由于土壤中某些特殊离子浓度过高或由于两种或多种离子不平衡，危害植物生长，具有毒害作用；三是由于土壤交换复合体中N

35、a+含量过高，土壤中胶体易于分散，因而使土壤结构破坏。全盐量的测定一般采用质量法。首先将土壤中的易溶性盐分提取出来，一般用水来提取，我国常用的土水比为1:5，即1份土5份水；然后将浸出液过滤分离后放置在蒸发皿中，并置于烘箱中烘干（以除去有机质），直至恒重，称量，即可计算土壤含盐量。3. 土壤肥力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NOfN、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

36、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26mg。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2550，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

37、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45%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。土壤有机质含量土壤有机组成指存在于土壤中所含碳的有机物质，它包括土壤中的各种动植物残体、活体、微生物及其分解、合成的产物。是表示土壤肥力和可持续利用的重要指标。采用重铬酸钾硫酸溶液法测定。X=（VoV）X00/m式中，X为土壤有机质含量

38、，；V0为空白滴定时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml；V为测定试样时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，ml;c2为硫酸亚铁标准溶液的浓度，mol/l;0.003是1/4碳原子的摩尔质量数，g/mol；1.724是由有机碳换算为有机质的系数；m为烘干试样质量，g。4. 施肥结构合理的施肥结构是肥料高效利用的前提。肥料施用结构包括施用品种、施用量以及施用种类之间的比例关系等，主要包括化肥施用品种有效养分含量，氮、磷、钾肥施用量，其它肥料施用量，氮磷钾肥施用比例。化肥施用品种有效养分含量：指肥料中能直接被作物吸收利用的营养元素的含量。一般是水溶性和弱酸溶性的。通常用N、P2O5、K2O含量的百分比来表示。

39、同类化肥中品种不同，有效养分地含量相差很大。有效养分含量指标是衡量化肥质量的一个重要标准，也是计算化肥施用量的依据之一。氮、磷、钾肥施用量：指作物生长期内或一年内单位耕地面积（播种面积）上施用的氮肥（N）、磷肥（P2O5）、钾肥（心0）。单位kg/hm2。其它肥料施用量：指作物生长期内或一年内单位耕地面积（播种面积）上施用的除大量元素肥料外的其它肥料的量，主要是中、微量元素肥料施用量。单位kg/hm2。氮磷钾肥施用比例：是从作物对养分需求和土壤养分平衡角度衡量氮、磷、钾肥施用比例是否协调的一个评价指标。用氮、磷、钾素施用量之间的比值表示。通过定点跟踪、走访调查、农业及统计部门数据获取。土壤水分

40、含量土壤水分是土壤的一个组成部分，对土壤中气体的含量及运动、固体结构和物理性质有一定的影响，制约着土壤中养分的溶解、转移和吸收及土壤微生物的活动，是植物生长需水的主要给源。烘干称重法在烘箱中105土2C的环境下烘干土壤中的水分，求算土壤失水重量占烘干土重的重量百分数。W=(g1g2)/(g2g)X100%W为土壤重量含水量；g为铝盒重；gl为铝盒加湿土重；g2为铝盒加干土重。时域反射仪法TDR测定土壤水分是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤的介电常数，出土壤含水量。这一传播时间与土壤的介电常数Ka有关，可表示为：2Ka=(C/2L)式中，c为光速，L为波导长度。土壤含水量Q与介电

41、常数Ka间的关系可表示为：Q=-5.3X10-2+2.92X10-2Ka5.5X10-4Ka2+4.3X10-6Ka水体面积主要使用卫星遥感方法。水体、植被、裸土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,稀少的裸土地带，处于1左右。利

42、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S:S=NpXNl(Np为纬度方向距离；Nl为经度方向距离)则水体面积即为所有象素面积的总和。nS八Sii式中，i为像素序号，n为水体的总像素数。4.总有机碳(TOC)指溶解于水中的有机物总量，折合成碳计算。总有机碳含量是反映废水中有机物总量，是反映水体污染程度的重要指标，若相当多的有机污染物存在于水中，将直接影响水体的质量，对生活、生产造成1. 蓄水量与灌溉条件指的是当地河渠蓄水量和所拥有的灌溉条件如机井数量等。用于监测当地农田的供

43、水能力、承受干旱与洪涝的能力。通过调查农业和水文部门获得数据。2. 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。进而计算而在植被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。影响。采用高温催化燃烧非分散红外检测法。其原理主要是，当含碳化合物在富氧环境下燃烧时，碳完全转化成C02,经非散射性红外检

44、测器（NDIR）检测，得到样品中的总碳含量（TC）。然后，样品被酸化，发生化学反应，并经非散射性红外检测器（NDIR）检测，得到样品中的总无机碳含量（TIC）。用总碳含量TC减去总无机碳含量TIC，即得到总有机碳（TOC）的值。5. 化学需氧量（COD）化学需氧量（COD）也称耗氧量，是指水样在一定条件下，氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一。用重铬酸钾法进行测定。即在强酸性介质中，用重铬酸钾将水中的还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以

45、试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾量算出水样中的化学需氧量。以氧的mg/L表示。测定结果一般保留3位有效数字，对COD值小的水样，当计算出COD值小于10mg/L时，应表示为CODv10mg/L。6. 生物需氧量（BOD）生物需氧量（BOD）,指含有机污染物及足够的溶解氧值的水样中，通过微生物的作用，使有机物降解的过程中消耗的氧的量。生物需氧量（BOD）值愈大，水质污染愈严重。生物需氧量测定采用微生物分解有机物的方法进行测定。可采用人工或仪器测定。单位为mg/L。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

46、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。气候干旱导致的干旱灾害使供水水源匮乏，危害作物生长、造成作物减产。干旱是我国农业生产上最严重的一种

47、农业气象灾害。降水量（P）和降水量距平百分率（Pa）定义和计算方法见气象部分。表1-1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（Pa）%（月尺度）降水量距平百分率（Pa）%（季尺度）1无旱-50vP,-25Pa2轻旱-75vPa-50-50Pa-253中旱-90vPa-75-75vPa-504重旱-99vPa-90-90vPa-755特旱Pa-99Pa0,Y0分别为尺度和形状参数,?114A/3-4A，”，（2）B和丫可用极大似然估计方法求得:,门（3）?=x/?1nA=lgx一5lgxi其中ni1式中，Xi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

48、参数后，对于某一年的降水量xo,可求出随机变量x小于xo事件的概率为:P（xvxo）=0f（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。b.降水量为0时的事件概率由下式估计：P(x=0)=m/n式中，m为降水量为0的样本数，n为总样本数。等级类型SPI值累积频率1无旱-0.531%2轻旱-1.0SPI-0.51631%3中旱-1.5SPI-1.0716%4重旱-2.0SPI-1.527%5特旱SPI-2.00.5时，P=1.0-P,S=1;当P0.5时，S=-1。C0=2.5155176=0.802853c2=0.010328?d1=1.432788d2=0

49、.189269d3=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（M相对湿润度指数的定义可写成如下形式:P_EE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1-3根据相对湿润度指数Mi划分的干旱等级等级类型相对湿润度指数Mi（月尺度）相对湿润度指数Mi（季尺度）1无旱-0.50Mi-0.25Mi2轻旱-0.75M戶-0.50-0.50Mi-0.253中旱-0.90Mi-0.75-0.75Mi-0.504重旱-0.99Mi-0.90-0.90Mi-0.755特旱Mi-0.99Mi0时

50、，PioPa；P30A1.5Pa，并PioAPa/3；或PdPa/2,则Ci=Ci；否则Ci=0。当Cii；当Py200mm,G=0。Pa=200mm,E0=E5，当E5v5mm时，贝VE=5mm。式中，Z3、Z9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。Pi0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；、丫、B为权重系数，分别取0.4、0.8、0.4。表1-4根据综合干旱指数G划分的干旱等级等级类型C值干旱影响程度1无旱-0.6Ci降水正常或较常年偏多，地表湿润，无旱象。2轻旱-1.2Ci-

51、0.6降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分不足，对农作物有轻微影响。3中旱-1.8Ci-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，对农作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、叶片干4重旱-2.4Ci-1.8枯，果实脱落；对农作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Ci60%地表湿润，无旱象2轻旱60AR50%地表蒸发量较小，近地表空气干燥3中旱50AR40%土壤表面干燥，地表植物叶片白天有萎蔫现象4重旱40AR30%土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片干枯，

52、果实脱落5特旱R-0.992轻旱轻微危害-1.00X-1.993中旱中等危害-2.00X-2.994重旱严重危害-3.00X-2.995特旱特重危害X-4.002. 洪涝由于大雨、暴雨引起河流泛滥、山洪暴发淹没农田，毁坏农业设施或因雨量过于集中，农田积水造成的洪灾和涝灾，此灾害多发生在沿江、沿河和湖泊洼地的农田。作物受到洪涝灾害后的征状主要包括田地内积水（日数和深度）、植株被淹没状况（深度）、土壤湿度情况、叶（茎、穗、谷粒）变色（枯萎霉烂）、出现畸形穗、谷粒在穗上发芽等。灾害发生后，主要记载天气气候情况、受害征状和受害程度。天气气候情况包括连续降水日数、过程降水量、日最大降水量及日期；植株受害

53、程度反映作物受害的数量，主要统计其受害百分率。3. 连阴雨连阴雨灾害是指连续出现45天以上的阴雨天气，土壤和空气长期潮湿，日照严重不足，使农作物生长发育不良及产量和质量遭受严重影响的灾害现象。连阴雨的直接后果是气温持续偏低，无论是春、夏季或秋季，连阴雨造成的低温均可推迟作物的生长发育。春季连阴雨主要危害春季作物的播种、出苗，影响小麦抽穗、扬花、灌浆，使受粉受阻，子粒不实；影响油菜开花，使荚果发育不正常。夏季连阴雨，影响收割、脱粒、晾晒，造成子粒发芽霉变，棉花落铃落蕾。秋季连阴雨，容易使作物子粒发芽、霉烂。灾害发生后，主要记载连续阴雨日数、过程降水量以及作物受害后的特征状况。4. 冰雹冰雹是一种

54、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。轻雹：冰雹大小如豆粒，直径5mm左右，降雹会造成植物的叶片被打落或打成麻状，作物茎秆折断或打成秃茬子。中雹：冰雹大小如杏子、核桃，直径2030mm，降雹时可将树木细枝打折，树干皮层打成“遍体鳞伤”，作物茎叶被打断成茬子，甘薯蔓被打烂。重雹：冰雹大小如鸡蛋、拳头，直径约3070mm，各种作物地上部分会被砸光，地下部分也受到一定程度的伤害。重点是记录分析发生范围、程度、发生频次，与常年比较。采用地面观测调查与卫星遥感相结合的方式进行。地面调查法表1-7冰雹危害程度评定标准等受害症状轻个别植株叶、花

55、序、花蕾、子房、未熟果实受损，植株折断。中部分植株叶、花序、花蕾、子房、未熟果实受损，植株折断。重大部分植株茎杆折断、草倒伏、灌木、半灌木当年生枝条断落。 卫星遥感法在灾害发生后，利用灾前和灾后的归一化植被指数进行对比。NDVI=NDVI灾后一NDVI灾前再结合地面调查资料确定阈值，然后计算受灾面积。5. 霜冻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0C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。春霜冻多出现在喜温作物的出苗（移栽）之后，而秋霜冻是在喜温作物成熟之前。常用日最低气温和地面最低温度0C为霜冻的气候指标。霜冻受害程度视作物种类、生育期、生育期后天数等不

56、同而不同。采用地面观测调查与卫星遥感相结合的方式进行。地面调查法表1-8霜冻危害程度评定标准等级受害症状轻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。卫星遥感法在灾害发生47天后，利用灾前和灾后（47天时）的归一化植被指数进行对比。NDVI=NDVI灾后4-7天NDVI灾前再结合地面调查资料确定阈值，然后计算受灾面积。6低温冷害在农作物生育期的重要阶段，气温比要求的偏低（但仍在0C以上）而引起的农作物生育期延迟，或使生殖器官的生理机能受到损害，最终造成减产的危害。冷害具有明显的地域性，也有不同的名称。如：春季，发生在长江流域的低温烂秧天气，人们称为春季低温冷害，有

57、时也称“倒春寒”；秋季，长江流域稻穗扬花期遭受的低温冷害，称“桂花寒”，而华南一带称“寒露风”。冷害因发生天气条件不同，分为不同类型。低温、寡照、多雨条件下为“湿冷型”；天气晴朗时，有明显降温的为“晴冷型”；持续低温天气下的为“持续型”。重点是记录分析发生范围、程度、发生频次，与常年比较。干热风是造成大量蒸散的综合气象灾害，表现为高温、低湿和伴有一定的风力，其主要危害是破坏作物的水分平衡和光合作用的进行。主要在小麦乳熟期造成危害，棉花、玉米、南方的早稻和中稻有时也受其害。河西走廊干热风的气象指标如下：日最高气温30C，其正矩平Tm2C,干热风过程Tm8C（过程中间可以有1天Tm1C）； 每天14时相对湿度U14W30%，过程14时平均U14W25%; 每天34次定时观测中有1次的偏东风（从NNE-SSE,14时为静风亦可）; 日降水量w0.0mm。重点是记录分析发生范围、程度、