条件植被温度指数在华北平原干旱监测中的应用

以华北平原部分地区为研究区域,应用MODIS多时段卫星遥感数据进行了归一化植被指数和地表温度的计算和反演,应用条件植被温度指数对研究区域2003-2006年每年5月上旬的干旱进行了监测.以监测结果为基础,在时间和空间分布上分析了研究区域的旱情.应用降水量数据和土壤表层含水量数据对干旱监测结果进行了验证,结果表明VTCI与最近1个月的降水量具有显著的线性相关性,VTCI与土壤表层含水量有较好的线性相关性,验证了VTCI是一种近实时的干旱监测方法.     

基于MODIS数据的滇东南喀斯特地区干旱遥感反演

受其特殊的岩溶地貌和水文地质条件等因素的影响,滇东南喀斯特地区地表干旱严重,采用MODIS数据对该地区的干旱进行反演监测具有宏观、及时、动态、成本低等优势.以2007-2008年各季度MODIS数据为基础,利用植被状态指数(VCI)、距平植被指数(AVI)和温度条件指数(TCI)构建两个干旱指数模型ID1和ID2,对滇东南喀斯特地区干旱状况进行反演监测.结果表明:(1)滇东南喀斯特地区春季(4月)干旱最为严重,夏季(7月)最湿润,秋季(10月)和冬季(1月)是次干旱的季节;(2)ID1和ID2都能有效反映滇东南喀斯特地区旱情分布情况,但ID1比ID2更适用于该地区的干旱遥感监测.     

条件植被温度指数干旱监测方法的研究与应用

综合应用归一化植被指数(NDVI)和土地表面温度(LST),提出了条件植被温度指数(VTCI)的概念,并将其用于干旱监测。VTCI的定义既考虑了区域内NDVI的变化,又强调了NDVI值相等时LST的变化,可解释为NDVI值相等时LST差异的比率。分别以陕西关中平原地区和美国大平原南部地区为研究区域,应用AVHRR和MODIS卫星遥感反演的NDVI和LST产品,以及累计降水量和降水偏差数据,证实了条件植被温度指数是一种近实时的干旱监测方法。     

基于EOS/MODIS数据的土壤水分遥感监测方法

美国国家航空航天局(NASA)自1991年开始实施对地观测系统(EOS)计划以来,EOS/MODIS传感器的高时间分辨率、高光谱分辨率、适中的空间分辨率等特点使其在干旱监测中具有突出的优势.纵观近年来国内外基于EOS/MODIS资料遥感监测土壤水分的理论、方法的发展和应用特点,可以分为5类:①基于植被指数类的遥感干旱监测方法,如简单植被指数、比值植被指数、归一化植被指数、增强植被指数、归一化水分指数法、距平植被指数等;②基于红外的遥感干旱监测方法,如垂直干旱指数法、修正的垂直干旱指数法等;③基于地表温度(LST)的遥感干旱监测方法,如热惯量法、条件温度指数、归一化差值温度指数、表观热惯量植被干旱指数等;④基于植被指数和温度的遥感干旱监测方法,如条件植被温度指数、植被温度梯形指数、温度植被干旱指数模型等;⑤基于植被与土壤的遥感监测方法,如地表含水量指数作物缺水指数法等.重点介绍了目前生物、物理意义较明显,比较成熟和广泛应用的基于可见光与热红外波段的改进型垂直干旱指数法(MPDI)、作物缺水指数法(CWSI)、地表含水量指数法(SWCI)、热惯量法(ATI)等;对各种遥感监测土壤水分方法的优缺点做出评价;指出利用高分辨率卫星资料(如EOS/MODIS和中国发射的风云三号极轨气象卫星250 m分辨率资料)进行农业干旱监测研究将成为主要的研究方向,"土壤-作物-大气"多圈层立体监测、多学科的融合将是解决提高旱情定量化监测精度、使之实用化和业务化的必由之路:最后,展望了遥感监测土壤水分的发展前景.     

基于TVDI模型的关中地区春旱时空动态监测

利用中分辨率成像光谱仪MODIS产品MOD13A2和MOD11A2获取归一化植被指数NDVI和地表温度T_s,构建T_s-NDVI特征空间,依据该特征空间拟合的干湿边方程计算温度植被干旱指数(TVDI)作为反映旱情的指标,监测关中地区2013年2-5月每16 d的干旱状况,并利用区域内气象站点数据进行验证.结果表明,利用MOD11A2数据反演的T_s与实测对比平均误差为0.258℃,反演结果能够代替实际T_s参与计算.利用该地区实测的10、20 cm土壤湿度数据与遥感反演的TVDI值进行线性拟合,发现TVDI与20 cm土壤湿度相关性更高,表明TVDI更能反映和指示距地表20 cm的土壤水分状况.关中地区春旱最严重出现在3、4月份,旱情主要以中旱为主;渭河平原整体干旱情况比南部秦岭地区严重,尤其是关中东北部渭南和咸阳部分地区旱情较为严重,南部秦岭山地以湿润和正常为主.旱情整体呈现东北较重,西南较轻的分布.从监测结果看,TVDI能够较好地反映关中地区春季的实际旱情,适用于关中地区春季的旱情动态监测.     

基于HJ-1A/1B卫星TVDI的干旱遥感监测研究——以鄱阳湖流域为例

针对鄱阳湖流域2011年春季出现的特大旱情,利用2011年3~6月HJ-1A/1B卫星CCD影像计算NDVI,结合同步HJ-1B卫星IRS数据计算的地表温度信息,构建NDVI-LST空间,获取了鄱阳湖流域温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI).利用同步观测的AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS)表层土壤含水量数据对温度植被干旱指数结果进行可靠性验证.结果表明,TVDI和AMSR-E土壤含水量之间存在显著的负相关,相关系数达到-0.697(P0.05),由HJ-1A/1B卫星影像计算得到TVDI可以有效表征鄱阳湖流域的土壤含水情况.用TVDI监测结果分析鄱阳湖流域2011年干旱,从空间分布来看,鄱阳湖流域受灾最严重的是环鄱阳湖区和修水流域.从时间分布来看,鄱阳湖流域3月底以轻旱为主,4月底流域南部旱情加重出现中度干旱,5月鄱阳湖流域将近80%的区域都受到不同程度干旱的影响.     

AVHRR植被产品在干旱研究中的应用

本文利用AVHRR数据产品NDVI计算得到河北省的距平植被指数和条件植被指数分布图,对河北省1997年的高温干旱进行分析。遥感测算得到1997年发生干旱的面积与农业部门统计的干旱面积误差为11.3%;利用降水资料得到河北省47个观测站点的降水距平百分率图,与距平植被指数和条件植被指数分布图的旱情分布情况较一致。证明利用植被指数产品进行干旱监测具有一定的可行性。     

基于Landsat 8数据的干旱监测研究

为确定遥感干旱监测在东北地区的适用性,选取黑龙江省安达市为研究对象,利用最新的Landsat 8遥感影像数据,建立了温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)和改进的垂直干旱指数(modified perpendicular drounght index,MPDI)。并通过实测土壤含水量数据,对两种干旱指数进行验证和比较。结果表明,利用Landsat 8数据,通过两种遥感干旱指数在试验区进行干旱监测有一定的可行性,且TVDI的监测精度要高于MPDI。该研究对推广Landsat 8数据在东北地区旱情监测中的应用,以及提高中国应对突发灾害的决策能力具有重要意义。     

机载热红外相机应用于农业干旱监测的实验研究

机载热红外遥感技术为农业干旱监测提供了新的技术手段,对其开展实验研究具有现实意义.本文以红外多角度相机(multi-angular infrared camera,MAIC)获取的高分辨率热红外遥感图像为基本数据源,选取高分一号(GF-1)遥感图像为辅助数据,基于归一化差值植被指数(NDVI)-地表温度(Ts)特征空间计算实验研究区的温度-植被指数(TVDI)值,并据此得到了研究区干旱分级结果;最后利用野外同步测定的土壤水分数据,对遥感反演结果进行验证和精度分析,探寻机载红外相机在农业干旱监测方面的应用潜力.结果表明:(1)利用机载MAIC热红外数据和GF-1数据可以反演地表温度、植被指数等地表参量,进而可以构建NDVI-Ts特征空间;在该二维特征空间中,该研究区的图像像元集聚为三角形形态,可以较好地刻画研究区不同地表覆盖类型的干湿状况;(2)利用该研究区NDVI-Ts特征空间计算得到的TVDI值与地表土壤水分呈显著负相关;TVDI值与实测地表土壤水分线性回归分析结果相关性较高,R2约为0.389 1;(3)干旱等级表达了土壤水分对农作物生长状态的胁迫作用,可以较好地显示农业干旱特征.与星载红外遥感数据相比,机载红外相机获取的数据具有较高灵活性,更利于干旱区域的机动监测.本文研究表明机载MAIC数据在干旱监测方面具有较大的应用前景.     

基于3S的农业干旱监测方法综述

旱灾是我国影响范围最广的农业自然灾害,本文对3S技术在农业干旱监测方面的应用进行分类综述,重点介绍了用遥感进行监测的热惯量法、作物缺水指数法、归一化植被指数法、距平植被指数法和条件植被温度指数法。并对未来基于3S技术的农业干旱监测提出建议。     

基于VCI的2003—2017年广东省干旱时空变化特征分析

为了研究近年来广东省干旱情况的时空变化特征，利用8天250 m分辨率的MODIS地表反射率数据，计算了2003—2017年广东省植被状态指数(Vegetation Condition Index, VCI)，并以VCI为干旱指标，采用趋势分析、频率分析和MK检验等方法，对全省干旱的时空特征和趋势进行了分析.结果表明:广东省2003—2017年间的VCI整体呈现显著的上升趋势，80.3%以上区域的VCI变化趋势倾向率为正值，表示全省大部分地区旱情逐年减轻；全省大部分区域发生干旱的频率在0.2~0.6之间，以中旱为主(发生频率:0.2~0.4)，重旱较少出现(发生频率:0~0.2)；广东省总体干旱面积占比逐年降低，中旱和重旱面积占比也呈现下降的趋势；2017年与2003年相比，总体干旱面积占比减少了39.5%；总体上看，广东省近年来干旱严重程度在逐年减轻，干旱面积也逐年减少.     

基于Surfer的郴州市干旱监测预警平台研究

主要研究了郴州市干旱监测预警平台、系统设计和应用效果。平台采用模块化设计、Delphi语言编写,利用SQLServer2000作后台数据仓库。系统通过对全市247个区域自动站逐日气温、降水等气象要素统计,采用降水距平分析、相对湿润指数分析、K指数分析、气象干旱分析等多种方法,得到各区域不同时间段的干旱状况,用克里金插值将干旱监测结果插值到各网格点,调用Surfer绘制全市干旱分布色斑图,系统最后以Word文档方式自动形成干旱监测服务产品。应用实践证明平台具有操作简便,预报结果较为准确的特点,有较高的实用价值和推广价值。     

干旱对华北地区植被变化的影响

利用中分辨率成像光谱仪(moderate-resolutionimagingspectroradiometer,MODIS)归一化植被指数 (normalizeddifferencevegetationindex,NDVI)数据产品和气象站点的帕尔默干旱指数(thepalmerdroughtseverity index,PDSI)数据,分析了2001-2013年华北地区及3个主要地表覆盖类型区植被变化的时空特征和干旱的变化特征, 并以不同时间尺度分析了干旱对植被变化的影响.结果表明:1)华北地区植被NDVI空间分布差异较大,NDVI总体上 呈东南高、西北低的分布特点.2001-2013年,华北地区植被活动呈增强的趋势,其中秋季植被活动的增强趋势最明显. 2)2001-2013年,华北地区的干旱总体上有所减轻,其中秋季干旱减轻的趋势最明显.3)华北地区植被年际变化与干旱 有显著的正相关关系,干旱对植被生长状态有较大影响.北部草原区和中部落叶阔叶林带的植被年际变化与干旱的正相 关性显著;而南部农作物区不显著,干旱对农作物生长状态影响较不明显.4)在季节尺度上,华北地区夏季植被变化与干 旱的正相关性最为显著,夏季植被生长状态最容易受到干旱的影响;以16d的植被数据分析表明,NDVI距平值更适合 表征华北地区植被生长状态与干旱的关系.      

陕西地区干旱特征的分析研究

本文叙述了陕西地区干旱灾害的发生频次、季节性、地区分布及持续多年干旱发生的重现期。对其成因条件作了基本分析。并提出今后防旱减灾应采取的措施和对策。     

基于模拟土壤含水量的干旱监测技术

为实现大范围干旱的实时监测,开发了基于模拟土壤含水量的干旱监测技术.采用VIC(variable infiltration capacity)大尺度水文模型模拟了30 km网格尺度的逐日土壤含水量,建立了土壤含水量距平指数(SMAPI),分析了其在2002年山东干旱和2010年西南地区干旱监测中的作用.结果表明,SMAPI具有较明确的物理意义,能够反映大范围干旱在时间和空间上的发生、发展及变化趋势.基于模拟土壤含水量的干旱监测技术,可为全面认识干旱,有效预防和减轻干旱灾害提供技术支持.     

云南人工林和天然林对短期与持续干旱响应的差异性?

全球气候变化导致干旱发生的频率,持续时间以及强度不断增加,严重影响森林的正常生长.受人类活动影响,人工林的面积逐渐增大,其对不同强度干旱胁迫的响应是否与天然林存在显著差异,目前仍存在争议.本文以云南省为研究区域,分析了不同时间尺度的气象干旱指数(SPEI)与反映植被生长状态的遥感监测植被指数(MODIS EVI)之间的关系,获得了反映该地区最佳时间尺度SPEI和对水分最敏感月份的EVI指标,进而基于省级尺度和基于气象站点的泰森多边形2个尺度上比较了人工林和天然林的生长状态对短期干旱(2001—2008年)与持续干旱(2009—2014年)的响应差异.结果表明:1)无论是人工林还是天然林,持续干旱对其的生长状态的影响均大于短期干旱;2)天然林的生长状态受持续干旱的影响程度大于人工林,且生长状态比人工林差.气候变化将导致更多极端的持续干旱事件发生,在未来气候变化进程中应多关注极端干旱对天然林的影响以及天然林的可恢复性问题.     

近51年海河流域作物生长季干旱时空分布特征研究

基于1960-2010年海河流域及周边地区116个气象站逐月气温和降水资料,采用相对湿润度指数M作为干旱评价指标,分析海河流域作物生长季（春季至秋季）气象干旱发生的时空分布特征．结果表明：（1）春季海河流域干旱最为严重,多年平均干旱率高达56．90％;夏季较春季干旱率明显降低,多年平均干旱率为7．59％;秋季干旱率呈现出增加趋势．（2）春季干旱在1960年代最为严重,夏季干旱在1990年代最为严重,而秋季干旱在1980年代最为严重．（3）春季干旱发生概率最高,整个海河流域均在19．61％以上,干旱发生概率在50％VA上的地区面积占海河流域的3／4,河北东北部和京津一带是春季干旱发生概率最高的地区;夏季干旱发生概率较春秋低,干旱发生概率最高的地区为大同和张家口以北地区;大部分地区的秋季干旱发生概率在25％以上,发生概率最高的区域主要集中在京津唐地区．