气象灾害
10.1.1干旱
(一)干旱的特点
湖南一年四季都有干旱，而且频繁发生。夏秋旱危害最大，尤其是秋旱。由于气候、地形、土壤、水利、耕作制度和抗旱能力的差异，存在明显的地域差异。湘中丘陵地区最为严重，包括隆回、邵阳、邵东、衡阳、湘乡、双峰、涟源、新化、新邵、宁乡、长沙、望城等县，以此为中心，向周边递减，湘东南、湘西南旱情较为罕见。
从干旱发生的频率和频度来看，衡阳、邵阳、长沙等沿湖南水资源、水域的河谷、流域最高，轻旱以上的频率为80% ~ 85%，即十年只有1 ~ 2年无旱，重旱频率为30% ~ 50%，即两到三年有一次大旱。洞庭湖区岳阳、常德的干旱频率也较高，略低于湘中，但由于湖区水资源丰富，灌溉条件好，不易成灾。湘西、湘东南山区发生频率较少，轻旱以上频率为50% ~ 60%，重旱以上频率为15%以下，旱情总体较轻。此外，各地干旱的发生有显著差异，干旱、不干旱或轻重干旱经常交替出现。
我们对该省不同县的无雨日数和几种作物的气候产量(公斤/亩)进行了统计分析，确定无雨日数超过40-60天为干旱年，60-80天为严重干旱年，80天为严重干旱年。我省干旱年、大旱年、重旱年的频率分布为东南部较大，西北部较小，湘西地区3-4年一遇，湘东长沙、衡阳、岳阳3年一遇，零陵、湘西南角3年一遇，郴州2.5年一遇。三年一次，是雪峰山东延的益阳、安化、新化等地。
干旱级别以上的干旱年出现频率最高的区域有两个，一个是衡阳盆地和祁阳、零陵丘陵洼地，干旱中心在衡阳，一个是洞庭湖平原，干旱中心在岳阳，然后向四周递减。雪峰山、罗晓山、南岭山以西山区基本无干旱，部分地区干旱10 ~ 20年一遇。
根据降水距平百分率δR =(Rmax-Rmin)/R×100%)，按-20 <δR的标准划分
(2)干旱遥感调查
采用作物缺水系数法和土壤热惯量法，通过气象卫星遥感调查旱情。通过分析我省卫星遥感数据(1998、1992)、全省各地气象数据和灾情数据，确定不同等级干旱对应的遥感统计阈值，再换算成对应的干旱等级值，再根据各地对应的降水距平百分比进行综合判断，补充修订全省干旱灾害数值分布图。
因为热惯量法原则上只适用于裸土，植被在覆盖的情况下会改变土壤的导热系数。为了对高植被覆盖区的农作物旱情进行遥感监测，采用了“植被供给指数”方法。当作物遇到干旱，作物供水不足，一方面作物生长受到影响，卫星遥感的植被指数会降低，另一方面作物冠层温度会升高。这是由于干旱导致农作物供水不足。作物没有足够的水分在叶片表面蒸发，一些气孔被迫关闭，导致植被冠层温度升高。我们将植被供水指数VSWI定义为:
湖南省国土资源遥感综合调查
CH 1和CH 2是NOAA卫星或FY-1卫星第一和第二通道的反照率，Ts是NOAA卫星或FY-1卫星遥感的作物冠层温度。
我们选取NOAA卫星遥感图像1998 10 10月15 6月14∶30进行分析:
(1)卫星遥感影像的几何校正；
(2)利用信息提取技术提取我省卫星遥感数据；
(3)区分水体和非水体，判断NDVI < 0.1的像素点为水体，该点无干旱；
(4)确定水体后，NDVI范围为0.00103 ~ 0.611，VSWI范围为0.00001 ~ 0.0109；
(VSWI乘以900，四舍五入，取值范围为0 ~ 9；
(6)9减去VSWI，0 ~ 2的值判定为基本无旱，3 ~ 4为轻度干旱，5 ~ 6为中度干旱，6以上为重度干旱。
对分析结果进行综合评价，评价结果优化0.618，对湖南省干旱灾害进行分区。
湘中重旱区:主要是衡阳、株洲、湘潭、长沙等地，多为丘陵和盆地，降水量多在1.300mm以下，是我省为数不多的雨中心。4-9月降水蒸发差为负值，土壤结构差，人口密集，人类活动多，植被破坏严重，水土流失严重。近年来，虽然植被得到了一定程度的恢复，但许多土地的水土保持仍然很差，容易发生干旱。干旱发生频率一般为43.3%，严重干旱为10%，极端干旱为3.3%。近年来，这一地区的长沙县、望城、浏阳、株洲、湘潭、韶山、湘乡、衡山、衡东等地的部分丘陵，森林植被恢复良好，修建了较多的水利设施，缓解了旱情。所以这个地区很多地方都是中度、轻度甚至基本无旱地区。
湘南重、中度干旱区:邵阳附近的几个县，零陵大部分县，郴州部分县，包括邵阳、祁阳、新邵、隆回，多年降水量在1300 mm以下，干旱频率也较高。其中，邵阳秋旱一般干旱频率为16.2%，干旱年份为16.7%。夏秋连旱频率居全省首位，达到13.3%，干旱年和特旱年分别达到3.3%。
零陵多个县1998总降水量比历史同期偏少50%以上，突破了80年代以来的历史最低值，仅占全年降水量的10% ~ 20%，造成夏秋冬连旱。由于高温缺水，晚稻、旱粮大幅减产，水库、池塘、河流干涸，多次发生森林火灾和火灾。
由于该地区土壤多为白云岩风化形成，土层不厚，水土保持能力差。此外，该地区人口密集，植被也受到人类的严重破坏。比如邵东、邵阳、隆回、祁阳等这一带水利设施很少的地方，不仅旱情严重，甚至连百姓储存饮用水都很困难。遥感图上反映为重旱区，其他地方为中旱区。
湘北轻度基本无旱地区:岳阳、常德、益阳为洞庭湖区，但降水量相对较少。岳阳降水量1.300毫米，华容1.200毫米，大部分县年降水量在1.300毫米以下，是全省降水偏少的地区之一，降水时间分布不均。岳阳伏旱年达到23.3%，常德伏旱年达到10%。秋旱频率较高，岳阳为23.3%，常德为30%。干旱年份岳阳达到6.7%，常德达到10%，为气候干旱。然而，由于大量的客人水，平均每年流入湖达到3000亿立方米。在有一定数量灌溉设施的地方，气候干旱造成的灾害会很轻。所以，只有在远离溪流河流、水利设施较差的丘陵地区，农田才会因为干旱而遭受一些损失，这一点在遥感地图上也有所体现。
湘东轻旱山区:主要在平江、浏阳、醴陵、攸县、茶陵东部、炎陵县，年降水量在1300 ~ 1400 mm以上，随海拔升高而增加。但降水时空分布均匀，山体多为以花岗岩为母岩的土壤。在森林和植被破坏严重的地方，干旱时有发生，特别是天水的田地和干土，所以遥感图上也有点和点。一些水利设施或灌溉条件好的地区基本干旱。
湘西南轻旱区:主要是邵阳市的怀化市、娄底市、雪峰山县。年降水量自西向东递减。怀化的降水量是1444 mm，而东部的年降水量只有1170 mm..雪峰山迎风坡降水较多，降水量随海拔升高而增加(中部降水量最大)。武冈、城步、潞西、辰溪、麻阳、溆浦、新晃县的丘陵地区，夏秋季旱情依然十分严重。溆浦年干旱频率为夏季3.7%，秋季40.7%，夏秋两季7.4%，严重干旱3.7%。由于该地区山林资源丰富，大部分地区受旱较轻，只有部分过度开发的丘陵和天水田地受旱严重。卫星遥感图上有些地方反映基本没有干旱。
南岭光照充足，基本不旱:主要是桂东、汝城、郴州、宜章、蓝山、宁远、道县、江永等山区和江华县，年降水量大部分在1400 mm左右道县、蓝山、江华、桂东，汝城是全省五大多雨中心之一。这个地区的降水量基本上可以满足农作物的需要。虽然降水量的年差异很大，但年降水量的80%仍在1000 mm以上，一般不会对农林作物造成干旱危害。由于这一带有一些喀斯特山地，有些地方过度开发，夏秋两季仍有干旱，特别是一些天水的田地或水利设施较差的田地，损害不轻，所以在遥感图上也有反映。
湘西北中重度干旱区:包括湘西自治州、张家界市、安化县，岩溶普遍存在，干旱危害依然十分严重。春季(3-4月)降水偏少，对春作物不利。七八月份虽然降水多，但漏水严重，而且土层薄，土壤保水性差，山区农田极易受旱。该地区森林破坏严重，造成大量水土流失，因此在遥感解译图上，山野干旱程度仍然很高。
10.1.2冷害
(1)低温冷害的特点
主要是春季低温(包括3-4月低温和5月低温)、秋季低温(主要指寒露风)、冬季低温冰冻造成的。寒露风是晚稻生产的主要气象灾害。寒露风危害晚稻的气象因素是低温，不同品种的抗性不同。
1997 9月12 ~ 13日，强冷空气自北向南入侵我省，日平均气温由27℃ ~ 28℃降至22℃以下。13 ~ 19期间，全省各地连续三天出现日平均气温≤20℃的寒露风天气。长沙连续三天及以上日平均气温≤20℃的寒露风出现在9月14日，从时间上排历史第二。寒露风持续16天，期间日平均最低气温16.2℃，日最低气温12℃，平江县达到9.5℃，长沙24小时13.8℃，48小时14.9℃。长沙11天无日照，9月中下旬日照时数只有49小时，比常年偏少46.5%。全省晚稻5万亩，其中杂交水稻约占85%，早、中、晚熟品种比例为1∶5∶4，湘北中熟较多，湘南晚熟较多。V46和V64是杂交水稻的主要品种，湘晚籼65、438+0和玉赤是常规水稻的主要品种。自北向南，晚稻在寒露风出现前70% ~ 80%抽穗，寒露风到来后20% ~ 30%抽穗，受害严重。
(2)低温冷害的遥感调查
我们选取了1997年9月的一次寒露风作为遥感分析的典型个例。
(1)亮温和地表温度:星载辐射计测得的大气窗口辐射可以用来探测地表特征，所以我们可以根据地表的红外辐射特征和强度差异来分析热状态的变化规律。
绝对黑体的光谱辐射强度服从普朗克定律:
湖南省国土资源遥感综合调查
其中c1，c2是玻尔兹曼常数，λ是波长，t是绝对温度。
当辐射体为黑体时(若在任一波长λ处有光谱发射率，则该物体为绝对黑体)，此温度为物体的温度，否则为物体的等效黑体辐射温度，或简称为亮温(brightness temperature)。
假设地球表面红外窗口通道的比发射率为1，由卫星测得的辐射能量(计数值经过标定)通过上述公式可以得到地表温度。
虽然陆面发射率因地而异，并不完全是1，即地表亮温不能简单地当作地表温度，但我们可以用地表亮温的变化来定性反映同一物体地表温度的变化或差异。
(2)通道选择:在辐射波段中，红外辐射(0.76 ~ 1000μ m)与温度密切相关，所以人们也称之为热辐射或温度辐射。其中3.5 ~ 5.0μ m是遥感使用的主要红外窗口区之一，气象卫星对应的AVHRR探测器是第三通道，但该波段的地面反射太阳辐射大致相当于地球本身的热辐射，而8 ~ 14μ m是遥感最常用的红外窗口区，AVHRR探测器是第四、第五通道。由于地表温度通常为200~300 K，其辐射能量大部分集中在8 ~ 12微米的红外波段，处于地气系统热辐射最大的位置，因此我们选择第四通道作为冷害监测的基本通道。
(3)图像处理
定位处理:根据卫星轨道数和扫描点的观测时间，计算出该时刻的瞬时轨道参数。从卫星姿态、扫描角度和瞬时轨道参数计算出卫星瞬时视场对应的地面观测点的地理经纬度。
投影变换:遥感图像经过朗伯投影变换。
几何校正:原始卫星影像会因为多种原因改变其几何位置，导致行列不均匀、像素大小不等、形状不规则等失真。失真的图像使得难以解释、分析和配准位置，因此必须对原始图像进行几何校正。方法是在卫星扫描影像和电子地图上选取河流和内湖的拐点作为控制点，根据二者的差异进行插值修正地理位置。
利用可见光和红外窗口的通道测量进行云的探测:AVHRR探测器在1、2、4、5通道(反射率为0.5%时，信噪比大于3，通道4的噪声温度≤0.1K)具有较高的灵敏度，因此在范围较小的相邻视场中，观测结果的差异应该很小。此功能可用于排除受云影响的观测数据。句子如下:
湖南省国土资源遥感综合调查
其中I为通道号，Cmax，I和Cmin，I分别为数据数组(即m×n个像素的观测数据)中的最高值和最低值，c为阈值。当判别满足时，认为这些观测数据受云层覆盖影响，应剔除。
遥感影像的数字处理:拉伸第四通道云区外的像素值，根据其取值范围由小到大从冷到暖匹配调色板，将云区设置为显眼的天蓝色，然后匹配水红色水系图和省界图。
(4)冷害遥感图像分析:从地图上可以看出，湘西、怀化属于较冷地区，洞庭湖区次之，常德、岳阳地区较暖。在以上三个寒温地区，还有一些不同地区的小块。如湘西、怀化等寒冷地区，麻阳的徐水盆地、陈水、晋江盆地，吉首的沱江盆地，花垣的花垣河下游，保靖的里耶-龙头河相对较暖。再比如常德、岳阳温暖地区的慈利县东部，礼县北部，岳阳铁山水库南北两侧相对寒冷。
城镇明显比周边农村暖和。从图中可以清楚地看到长沙、湘潭、株洲、常德、益阳以及南县、桃江、宁乡、沅陵等地的突出暖点。
根据常规地面气象观测资料，计算出1997年9月13日至9月21日的寒露风冷害强度指数，在图中标注:从图中可以看出，湘西、湘南地区总体寒冷，湘中、湘北地区偏暖，洞庭湖区比常德、岳阳地区略冷。总趋势基本相同，但其测量值受到影响。对于站点少的地区，尤其是地形不规则的地区，无法描述其变化规律。
10.1.3洪水灾害
(一)洪水特征
洪涝灾害包括山洪、河湖泛滥、内涝和内涝。史料中有很多描写，比如“雨天”、“江湖水泛滥”、“淹城”、“为国富民”。洪水灾害对人们的生产和生活危害很大。据统计，1950至1998年，全省洪涝受灾总面积达30348万亩，年均619万亩，受灾总面积13784万亩，年均280万亩。尤其是最近十年，国民经济发展迅速，人们的生活空间不断扩大。沿河两岸和湖泊周围的平原日益成为人口的聚集地和政治、经济、文化中心。因此，同一场洪水造成的人口和经济损失越来越大。
(1)洪水频率。据史料分析，湖南省近3000年历史中，* *有613年的洪水记录，其中全省性洪水占18.1%，大规模洪水占20.4%，局部洪水占61%。
(2)洪水的区域分布。洪水的成因主要是强降雨强度和持续降雨造成的，因此洪水的区域分布与暴雨基本一致。以安化为中心的雪峰山末端、以道县为中心的都庞岭和孟珠岭之间、以浏阳和平江为中心的幕府山、李安运西部山谷是三个暴雨区。慈利、沅陵、安化、张家界、岳阳、常德、浏阳、通道等地暴雨机会较多，容易发生洪涝灾害。湖区和四条河流的下游都是涝区。当四江中游的洪水流入洞庭湖，没有及时排出时，湖区也容易发生洪涝灾害。此时，如果长江洪水倒灌，容易形成南北顶托之势，洪涝灾害会更加严重。
(3)洪水的季节性。根据气象部门的统计数据，无论是全省范围还是区域范围的洪涝灾害，夏季最多，冬季很少，春夏两季连续洪涝发生的频率都不低。湘中、湘南春涝发生频率高于湘北、湘西。湘西秋涝发生频率高于湘中。湘西的冬季洪水比其他地区多。此次洪涝灾害与雨季的早晚开始以及大气环流和雨水自南向北的不规则通过密切相关。雨季一般从3月下旬到4月中上旬开始，由南向北，所以洪涝灾害全年主要发生在4月份的湘南，以永州和江永的概率最大。5月份洪水普遍增多，尤其是永州、通道、长沙、直供、邵阳、安化等地。6月，湘、资、沅、澧四大河流中下游及洞庭湖防汛进入紧张期。7月份的洪水主要发生在桑植、沅陵、芷江、通道的湘西北、湘南山区。8月，湖南东南部因易受台风影响而发生洪水，但其他地方很少发生。但有些年份台风挺进湘中湘北，大气环流发生变化，也可能导致洪涝。
(4)洪水的年际变化。根据历史资料分析，在公元1400年之前，湖南省的严重洪涝年有明显的34年和110年的准周期。在1401 ~ 1990期间，出现了11、34、57、110、186等明显的周期振动。
此外，由于降水在时间和空间上分布不均，形成了湖南省旱涝同年的特点。即同一年同一地方先涝后旱，或先旱后涝，但大多是先涝后旱。据史料记载，1201至1990年间，旱涝占当年年数的24%，先涝后旱占当年年数的76.3%，先涝后涝占23.7%。当年旱涝的地理分布包括南旱北涝、南旱北涝、南旱北涝三种类型。南旱北涝占47%，南旱北涝占27.4%，南北旱涝占25.2%。
(二)洪水灾害等级区划评价
为了综合评价全省丘陵地区和洞庭湖区的洪涝灾害程度，我们以全省1∶50万TM影像的地形地貌解译为基础，并考虑气候特征、水系发育、土地类型、地质条件等综合因素，将全省划分为29个洪涝评价单元。
1 ∶ 50万TM卫星影像(TM4、TM7、TM3)解译标志如下:
水体:TM卫星片为蓝色；
沙滩:橙色或棕色(无纹理)；
平原农田:橙红色(块状分布)；
刚迪:粉白；
丘陵:黄绿色；
低山:橙色(具有山形纹理结构)，海拔200 ~ 300m；；
中低山:橙黄色(具山地纹理结构)，300 ~ 400m；高于海平面；
中山:深橙色(有山形纹理)，400 ~ 500m；高于海平面；
中高山:深绿色(有山的纹理)，海拔500米以上。
(1)评价因子的确定
造成洪水的因素很多，但主要因素是气候上的多年平均降雨量、暴雨日数、海拔高度等，对洪水的形成起主导作用，其次是地貌类型、水系发育、水土流失、植被发育等，对洪水有一定的影响。洪水评价因子选择如下:
平均年降雨量(QY)；
暴雨天数(qd)；
海拔(Hg):从TM图像读取；
地貌类型:从TM影像上获取；
水系发育程度:从TM影像获取；
土壤侵蚀状况:从TM图像上获取；
植被发育程度:从TM影像上获取；
(2)评估模型
湖南省国土资源遥感综合调查
其中:wi——计算出的评价单元中第I个因子的权重；
gi——第I个因子的得分；
G——评价单元灾害程度的计算分值。
根据评价结果和分级标准，进行数值统计，洪水等级划分如下:
极重灾区:洞庭湖区，包括华容、澧县、安乡、常德、汉寿、沅江。这些地区的洪水极其严重，丘陵地区基本没有山洪。
重灾区:洞庭湖边的丘陵地区，包括临澧县、桃源县、临湘市、桃江县、岳阳县、湘阴县、望城县，既有丘陵地区的山洪，也有湖区的洪水。浏阳市、永顺县、桑植市、张家界市、溆浦县、麻阳县、泸西县、沅陵县、炎陵县、汝城等县(市)的局部地区是山洪再次发生的地方。
中度灾区:包括宁乡、长沙、长沙、平江、株洲、醴陵、怀化、枝江、冷水江、新化、祁阳、东安、永州、耒阳市、郴州、新邵、邵阳、邵东、隆回、洞口、武冈。
轻度灾区:包括涟源市、双峰市、娄底市、邵阳、新邵、隆回、新晃县、会同县、靖州自治县、耒阳、常宁、永兴。
(3)65438 ~ 0998年洞庭湖区特大洪水遥感调查。
1998期间，湖南省湘、资、沅、澧四大河流及洞庭湖区先后发生暴雨洪水，形成我省1954以来最大洪水。我们利用NOAA气象卫星、雷达和TM卫星的实时监测图像和调查，分析和调查水情和灾情的变化。
(1)降雨量调查:1998，全省平均降雨量1632.8mm，比常年偏多12.8%，湘中北部7次遭受暴雨袭击。全省共出现4次大暴雨，其中1小时最大降雨量105 mm，400 mm以上降水覆盖面积35000 km2，最大日降水量300.7 mm。
1998降雨特点:一是雨季提前；二是暴雨强度大；三是暴雨发生频繁且接连不断。几次强降雨过程集中在6月中旬、7月下旬和8月中旬，每次暴雨持续时间都在3天以上。四是暴雨中心相对稳定，在湘江、资水中下游、澧水流域、沅水等地反复出现一元水，导致这些地区多次发生严重洪涝灾害。
(2)水情调查:根据NOAA卫星监测获得的图像分析，5月25日，洞庭湖区主要河道难以分辨，湖面较枯水期增加到1890 km2。同时，城陵矶下游长江江面明显加宽。6月中下旬，湖南、资水、水原及洞庭湖区出现第二次集中降雨，大量洪水流入洞庭湖，导致湖水水位逐渐升高。从19年6月NOAA探测图可以看出，洞庭湖水位进一步扩大，增加到2039 km2。第三次是7月初，湘、资、沅三大流域洪水刚入湖，长江流域上游普降大到暴雨。长江倒灌的洪水进一步抬高了洞庭湖水位，使得洞庭湖城陵矶出现第一次洪峰，水位近34.52 m，第四次，7月20日至26日，澧水、水原中下游普降暴雨，相继发生特大洪水。与此同时，长江洪水量大增，下游澧水和水原洪水相互夹击，洞庭湖水位迅速上涨，最高水位达到35.48 m，根据NOAA卫星7月28日传输的图像，长江干流城陵矶洪水面积扩大，顶托严重。湖区受淹范围延伸至辛强、汨罗、湘阴，安乡受淹，湖区受淹面积达2443 km2。第五次为7月29日至8月1，洪峰水位35.53 m，比历年最高水位高出0.22 m。8月1日，NOAA卫星传输的图像显示，洞庭湖水域面积增加到2542 km2，淹没面积进一步扩大。第六次，15年8月至17年8月，长江干流宜昌出现最大洪峰，洪峰流量63600 m3/s，恰好与溧水、水原洪水相遇，使城陵矶水位于8月20日，达到最高值35.94 m，超过1954水位。8月22日，NOAA卫星图像清晰显示，城陵矶至枝城的长江干流淹没严重，河道水面扩大。琶洲湾、罗山垭口以上积水严重，洞庭湖放水受阻，淹没范围扩大到石门、长沙、桃源。同时，湖北靖江、湖南安乡、津市、澧县全线被淹。洞庭湖水域面积达2664平方公里。
通过调查分析，1998的水情特点是:一是入湖水量大，洪峰数量多。由于“四江”和长江洪水不断涌入洞庭湖，洞庭湖出现了巨大的超额洪水；第二，洪水组合不好。长江连续8次洪峰，与湘、黔、袁、李四水及洞庭湖多次遭遇洪水，造成城陵矶连续5次洪峰。第三，长江干流罗山卡口泄洪功能衰减，使得长江洪水顶托严重。受长江洪水顶托影响，洞庭湖区高风险水位持续两个多月。
(3)灾情:根据1998年7月31日洞庭湖区星载雷达数据(SAR)和Landsat (TM)影像的叠加处理结果，对洪涝面积进行遥感调查。经计算，1998年7月31，65438，洞庭湖区总淹没面积37621，000亩，受灾县(市)18个，其中城市建设用地481，000亩，农村居民点10.29万亩，水田2万亩。据统计，全国受灾人口2879.9万人，死亡616人，倒塌房屋68.86万间，直接经济损失329亿元。
根据影像分析，面积超过11的有沅江、安乡、湘阴、汉寿、澧县、南县、常德市、华容、岳阳、岳阳市、宜阳县等11市(县)。其中，元江、安乡、湘阴、礼县、汉寿等5个县(市)受灾特别严重。安乡、礼县、津市、常德、汉寿等地以溃坝、圩堤为主，其中7万亩圩堤被淹。其他市(县)以内涝为主。