第一章 绪论
1.1引言
干旱对农业造成的最直接影响是农作物减产，造成农业歉收，严重时发生大饥荒。我国是一个农业大国，农业的兴衰关系的国民经济能否稳定有序的发展。根据《中国民政统计年鉴(1949～1992)》统计数据可知在 1949～1992 的 43 年中旱灾所造成的农作物受灾面积占全部灾害的 50%-60%。干旱已成为制约我国农业生产和城市发展的主要因素之一。旱灾已经对我国国民经济的增长和社会的进步产生了严重阻碍，同时对生态环境产生了难以估量的破坏，影响到我国社会、经济和环境的可持续发展。
《中国 21 世纪人口与发展白皮书》的资料显示，我国人口预计将达到 16 亿的峰值，日益严峻的水资源危机使干旱灾情越发严峻。应对干旱应转换思路，科学抗旱，合理抗旱，实现水资源的充分合理开发和优化配置。
干旱灾害其气象灾害分布广，持续时间长，发生频繁，影响面宽，因而造成的损失严重[8]；还由于其具有后延性特征，虽然干旱结束，但其给社会经济环境等各方面造成的影响还好持续若干时间。干旱的监测、预警和评估及其研究，一直是人们高度关注的问题。特别是随着当代气候变暖，干旱气候变化是当今气候变化研究中的热点问题之一。干旱对农业生产的影响是一个复杂的问题，它不仅受降雨量的影响，同时与作物类型和地形地貌也有着一定关联，因此其相应的监测与分析体系也呈多层次性和多因素性。本系统是在广西气象局减灾研究所科研项目，广西自然科学基金项目—“多源卫星数据在干旱动态监测预警中的关键技术研究”的基础上建立的。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
干旱由于其具有缓发性的特点，且没有统一的定义，因此在干旱风险分析方面缺乏广泛认可的风险分析模型。西部干旱协调委员会（Western Drought Coordination Council）提出了干旱风险分析的 6 个步骤，主要思路为首先确定干旱影响并对干旱进行等级划分，然后分析干旱的产生原因，最后采取减灾措施降低承灾体的脆弱性，此文为农业干旱风险的定性分析提出了思路。基于干旱指数来评价干旱风险度是广泛应用的干旱风险评价方法。
早期的干旱评价指数较为单一，如早期对气象干旱的定义就是某一时期内的降雨量值，一旦降雨量低于此值即定义为干旱。20 世纪初美国将干旱定义为在大于等于 21 天的时间内降雨量总和少于或等于正常值的 30%为干旱，干旱研究的早期的研究范围仅限于降雨量的多少，其他类似的方法其他国家也在使用。此方法只能在特定的区域有效因此具有较大的局限性。世界各地气候条件不同，产生干旱的气候条件也各有特点，所以单纯考虑降雨量无法很好适用与其他领域如农业、水文等。美国农业部（USDA）提出了利用干旱强度指数和作物需水指数来衡量干旱强度等级的方法，此方法简单明了，但是仅仅考虑了农业干旱的强度，不能反映研究区域农业干旱发生的频率等问题。根据干旱区域的特征和干旱影响的不同，近一个世纪里美国提出了许多干旱定量方法，提出的干旱指数如下表 1‐3 所示：由表我们可以看出，众多学者与专家对干旱进行深入的研究并不断研发与专业应用相关的干旱指数。但是上述的大多数指数有较大的局限性，仅能在特定区域和特殊用途使用，在某一地区得出的指数在其他地区并不适用。很多人都发现了这些不，如在研究农业干旱指数时应综合考虑包括植被、土壤类型、土壤水分、以及受风速、气温和湿度影响的蒸散等因素，当时这些因素未引入指数研究。综合上述成果，我们可以看出在 20 世纪上半叶，干旱的识别和研究逐步发展，干旱的起因从单纯的降雨量研究到综合考虑众多因素，进入 20 世纪后半叶，干旱的研究取得进一步进展。
第二章 研究区概况
2.1 自然概况
广西地处祖国西南部。位于北部湾北部，与海南省隔海相望，与广东，湖南，贵州、云南四省相邻，西南与越南毗邻。陆地区域面积 2 3.67 万平方公里，居各省区市第 9 位。地势呈西北东南倾斜，境内多高山，山势陡峭。因四周为高山环绕，内部较平坦呈盆地状，又称广西盆地。境内山脉呈弧形分布，将区域分割。大小盆地分布相杂。山系自北向南分为 4 大列，山地海拔多数在 800m 以上的 中山，400m‐800m 的低山次之。桂东北的猫儿山为第一高峰。境内喀斯特地貌分布广泛，约占总面积 3 7.8%，多分布在桂西南、桂中、桂西北、桂东北。发育成熟，种类繁多为世界少见。境内河流随地势分布，从西北流至东南，河网密布流域发达。喀斯特地形河流发达，众多地上河均自形成地下河。因所处低纬度地带及地形原因，境内气候多样，包含中亚热带气候、亚热带气候、山地气候、海洋气候多种气候类型。雨热资源丰富，时空分布重叠有利于农业生产。全年日照时数长，太阳辐射资源丰富，持续日数在 240‐358 天，积温 5000℃‐8000℃。年降雨量较多，呈由北向南增多的趋势，年均降雨量在 1200mm 至 2000mm，降雨量多分布在 4 月至 9 月之间约占全年降雨量的 75%，降雨时空分布差异较大。各地平均气温 17℃——22℃，低温出现频率低常年适宜农业生产。全境气候受季风影响较大，季风进退添加异常会引起降雨和气温变化明显，旱涝灾害和极端气候现象（台风、冰雹）发生频率较大。春旱主要分布在桂西地区，发生频率高达60%‐90，秋旱主要分布在桂东地区，频率高达 50‐70.雨季集中，桂南与融江流域洪涝灾害发生频率较高。春秋两季易发倒春寒和寒露天气，对农业生产影响较大。4 月‐7 月易发大风天气，影响范围较大。植被呈热带北缘向亚热带过渡，南部为热带季节性雨林，中部为南亚热带分布常绿阔叶林，北部属中亚热带以常绿叶林为主。其中亚热带针叶阔叶混交林仅在百色地区分布。
第三章 系统需求分析与功能设计 ................................23-29
3.1 系统需求分析................................ 23
3.2 系统目标和功能................................ 23-25
3.2.1 系统目标................................ 24
3.2.2 功能模块设计................................24-25
3.3 系统功能设计................................ 25-26
3.4 系统总体结构................................ 26-27
3.5 系统开发环境和运行平台................................ 27-29
3.5.1 GIS 二次开发平台................................ 27-28
3.5.2 Visual C................................28-29
第四章 数据库的建立................................ 29-35
4.1 数据库建库原则................................ 29-30
4.2 数据库内容................................ 30-31
4.3 数据库建库路线................................ 31
4.4 数据库的建立................................31-34
4.4.1 空间数据库的建立................................31-32
4.4.2 属性数据库的建立................................32-33
4.4.3 气象数据库的建立................................ 33-34
本章小结................................34-35
第五章 系统模型库的建立................................ 35-54
5.1 干旱实时监测模型................................36-44
5.1.1 潜在蒸散模型................................36-42
5.1.2 水分盈亏模型................................42-44
5.2 干旱灾损评估模型................................ 44-46
5.3 干旱等级指数与干旱................................ 46
5.4 空间插值模型................................ 46-53
5.4.1 反距离权重法................................47-49
5.4.2 克里金插值................................49-51
5.4.3 样条曲线插值................................51-53
本章小结................................53-54
结论
本研究以 GIS 技术为主要技术手段，在全面分析广西干旱环境背景、灾害形成机制和历年干旱灾害相关数据的基础上，采用层次化和模块化的软件设计方法，设计并建立基于 GIS 的干旱综合监测与评估系统。本文全面分析 2009 年至2010 年夏秋冬春连旱灾害并以 2010 年 3 月 29 日干旱监测为例对系统进行验证，结果表明系统监测结果与实际情况接近，取得较好的监测效果。实践证实，该系统在干旱监测与评估方面具有一定的实用性和先进性。本研究的结论如下:
（1） 建立干旱监测与评估模型。本研究在全面分析广西干旱特征及干旱发生机制的基础上建立干旱监测与评估模型。模型包括干旱实时监测模型、干旱灾损评估模型和空间插值模型，应用上述模型能快速高效的实现干旱灾害的监测与评估，结果可靠性较高。
（2） 建立广西农业干旱监测与评估系统。本研究运用层次分析法建立广西农业干旱监测监测与评估系统，实现多源数据管理、模型计算、干旱产品制作等功能。
（3） 实现业务自动化。系统实现了将传统干旱监测评估中指数计算、干旱评估、产品制造等工作一体化，用户仅需要几步操作即可实现干旱监测与评估，提高工作效率，为抗灾减灾争取宝贵时间。
本研究实现了 GIS 与专业数学模型、干旱评估模型的有机结合，提供了生动的人机交互界面和直观的可视化表达，实现了农业干旱的监测、评估功能，对防旱抗旱、减灾救灾等具有比较重要的意义。由于各种条件的限制，系统依然具有不足之处，需要更深一步的研究。