基于高分一号的农田植被区土壤湿度反演研究

以国产高分一号(GF-1)遥感数据为数据源,以荆州市公安县为实验区,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型的垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证,同时为减少水体对地表反射率的干扰,采用归一化差异水体指数法(NDWI)对水体进行掩膜处理.研究结果表明,PDI、MPDI和VAPDI分别反演得到的土壤湿度值与实测值的相关系数为0. 520 5、0. 697 2、0. 687 2,实测土壤含水量验证精度评价也表明各模型均能满足反演的精度要求;在植被覆盖较好的农区,MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,模型拟合效果优于PDI.研究结果可为江汉平原大范围和动态监测表层土壤湿度指数提供理论基础和实践参考.     

基于温度植被干旱指数法的农业干旱研究

利用MODIS数据提取归一化植被指数（NDVI）和陆地表面温度（LST）,构建温度植被旱情指数（NDVITs）特征空间,依据该特征空间设计的温度植被旱情指数（TVDI）作为旱情指标,结合土地利用现状数据对重庆市梁平县2006年7月12—27日的旱情进行了研究．研究结果表明在2006年7月12—27日重旱区主要分布在梁平的东北地区,旱地受旱面积为67．32％,水田受旱面积达55．1％,林地、水田、旱地、其他用地四种用地类型,其受旱比例依次递减,所得数据与该时间段该区土壤墒情站所得的干旱数据基本符合,该研究结果较好地反映了本次干旱灾害的空间分布,为相关部门进行干旱灾情评估制定和实施抗旱减灾措施提供了科学依据．     

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.     

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.     

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.      

扬花期冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演研究

利用扬花期冬小麦实测冠层高光谱数据与同步叶面积指数(LAI)数据,分析350～1 000 nm波段范围内冠层反射率与LAI之间的相关性,分别在蓝波段、红波段、绿波段及近红外波段选取光谱特征波段,并用其计算6种被广泛应用于植被LAI反演的植被指数.通过相关分析、回归分析等统计方法,构建扬花期冬小麦LAI反演模型并进行真实性检验.研究结果表明,6种植被指数与冬小麦LAI均具有显著相关性,其中NDGI和EVI反演模型效果较好,拟合方程决定系数R~2均高于0. 6,分别为0. 634和0. 623.最后通过精度验证,得出结论:EVI反演模型R~2最高,为0. 779,故选取EVI为自变量的二次模型为扬花期冬小麦LAI最佳反演模型.研究可为作物长势监测及产量估算等提供一定的理论依据.     

基于MODIS数据的祁连山南坡土壤水分反演研究

利用2015年7月MODIS影像数据,结合野外实测数据,对比不同土壤深度下不同反演模型的估算精度.选用植被供水指数、植被缺水指数、温度植被干旱指数与实测土壤含水量数据进行回归分析.结果表明:在祁连山南坡植被生长季中,MODIS数据估算土壤水分的最佳深度为0-10cm.温度植被干旱指数在估算精度上最高.在此基础上建立了基于温度植被干旱指数的土壤水分监测模型.     

扬花期冬小麦冠层叶绿素含量高光谱遥感反演

通过分析扬花期冬小麦冠层光谱反射率与叶绿素含量的相关性,选取491、577、698和780 nm作为特征波段,利用其构建了归一化植被指数、差值植被指数、比值植被指数、三角形植被指数和增强型植被指数,分析光谱指数与叶绿素含量之间的相关性,并基于PROSPECT模型模拟的不同叶绿素含量(5～80μg·cm~(-2))下的5 nm叶片光谱反射率数据,分析评价光谱指数对叶绿素含量变化的敏感性;再将五种光谱指数与叶绿素含量进行回归分析,构建叶绿素含量反演模型;最后利用验证数据对光谱指数反演模型进行真实性检验.结果表明,选取的五种光谱指数与叶绿素含量均具有显著相关性,其中SRI和EVI反演效果较好,决定系数R2分别为0.73和0.74,且预测值和实测值具有较好的拟合效果,其余指数反演效果较差.SRI对叶绿素含量具有较好的相关性和敏感性,表明其在全生育期冬小麦叶绿素含量反演中更具潜力.本研究可为其他农作物叶绿素含量反演提供研究思路和参考借鉴.     

老哈河流域地表植被覆盖对干旱的响应

在原有的帕尔默旱度模式中嵌套双源蒸散发能力计算模型和混合产流模型,采用老哈河流域内及周边的15个气象站资料修正模型参数,构建可用于变化环境下植被-干旱响应关系分析并适用于我国北方地区的机理性旱度模式,计算研究区域各栅格逐月的帕尔默干旱指标,通过分析和建立归一化植被指数与帕尔默干旱指标的关系来定量评价老哈河流域不同植被类型归一化植被指数对气象干旱的响应.研究结果表明:(a)在植被生长期的开始和结束阶段,干旱对植被的影响较小;在植被生长期的中间月份,干旱对植被影响较大,其中6月份是研究流域植被的水分敏感期.(b)不同的植被类型受干旱影响的程度不同,干旱对灌丛和草地的影响大于对林地的影响.(c)带虚拟变量的回归模型能够合理地描述季节性的影响,模型的模拟精度较高,因此在考虑季节影响的情况下归一化植被指数可以用于干旱监测.     

博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤含盐量高光谱估算

以博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤盐分及其对应的高光谱数据为研究对象,对原始光谱反射率(R)进行均方根(R)、对数(lg R)、倒数(1/R)、对数倒数(1/lg R)变换,引入分数阶微分对变换的光谱反射率进行0～2内的微分预处理,通过显著性检验优选特征波段,并利用特征波段进行偏最小二乘回归的建模和验证。结果表明:1)通过显著性检验较多的特征波段是:1/R为691个波段,比通过原始波段多226个波段;且随着阶数的增加,在各阶数中通过显著性检验的波段数量呈先增加后减少的趋势;通过数量较多的特征波段是1/R的0. 4阶和0. 6阶,分别为145、150;2)原始光谱反射率的相关性极大值绝对值是:2阶为0. 53,其他4种数学变换的相关性极大值绝对值比R高0. 11～0. 16,特征波段主要集中在600～1 000 nm和2 020～2 330 nm;3)在原始光谱反射率及其变换值的各分数阶微分利用偏最小二乘回归建模中,1/lgR的0. 2阶建立的模型为最佳模型,R_C~2=0. 78,RMSE_C=1. 56,R_V~2=0. 63,RMSE_V=1. 44。     

基于地表温度和植被指数的农业干旱遥感监测方法

农业旱灾是人类面临的最主要自然灾害之一,对我国农业生产影响非常大。土壤含水量是农业干旱监测的重要指标,通过遥感地表温度(LST)与植被指数(NDVI)结合,可以估算土壤湿度,监测农作物旱情。重点研究了LST/NDVI特征空间中干湿边的提取方法,通过14年全国NOAA/AVHRR的8km合成数据集分析发现,在LST/NDVI特征空间中,曲线斜率与实测土壤湿度显著相关(R=0.78,P<0.01),干边的截距和斜率与湿边有比较稳定的关系,但干湿边存在较大的空间和时间变异性。将全国分为6个区,分别确定LST/NDVI特征空间,根据特征空间干湿边参数反演土壤湿度,在土壤湿度分布图和全国耕地分布图基础上,进行旱情分级,得到全国耕地旱情分布图,可以为农业抗旱救灾提供快速宏观的信息服务。     

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.     

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。     

基于遥感数据的辽西北地区玉米干旱风险时空动态格局

 归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)目前已被国内外广泛应用于干旱的定量识别与监测,它是利用遥感方法获得的一个衡量地表植被生长状态以及植被覆盖度的指标。因此在气象干旱背景下,对干旱时段的NDVI进行计算,建立玉米干旱风险诊断模型,通过作物对干旱的响应表征农业干旱的风险。本文在气象干旱条件下,从玉米对干旱的响应出发,利用NDVI建立玉米干旱风险诊断模型,评估了研究区典型干旱年内典型干旱时段玉米的干旱风险。利用K-Means法将玉米干旱风险分为低风险、中等风险以及高风险3类,运用GIS与RS手段绘制了玉米干旱风险等级图,并对玉米干旱风险的时空格局进行了动态分析。结果表明,在玉米干旱风险时间变化规律上,由于土壤水的影响,玉米干旱风险不能完全与典型干旱年内典型干旱时段的降水距平百分率成反比;从玉米干旱风险空间分布特征来说,受纬度、海拔高度以及防旱抗旱能力的影响,干旱风险表现为南北差异明显。研究玉米干旱风险的时空动态格局,能够为政府部门和田间管理者掌握干旱的发生、发展变化,以及因地制宜地制定防御对策提供科学依据。     

不同种和种源胡枝子的耐旱性差异研究

以3个胡枝子种为试材,分别以自然干旱和聚乙二醇(PEG-6000)溶液模拟干旱条件,对盆栽幼苗和离体枝条进行了含水率、脯氨酸含量及质膜透性的测定.试验结果表明,达乌里和短梗抗旱力较强,二色抗旱力较弱.其中,二色(冀)抗旱力相对较强,二色(美)、二色(辽)、二色(豫)较弱,质膜相对透性和脯氨酸积累宜作为幼苗抗旱力评价的指标.     

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。     

农业干旱遥感监测指数及其适用性研究进展

 干旱是影响农作物生长发育的主要气象灾害,且在全球气候变暖背景下,中国呈现出增多增强的干旱化趋势。本文综述主要遥感干旱指数的最新研究进展,并对其优缺点进行比较,分析了各类农业干旱遥感监测指数的适用性:1)与土壤水分指标密切相关的各指数比较适宜于农业旱情早期预警及土壤干旱型农业旱情监测,对作物生长前期未封垄时,植被覆盖度低,土壤裸露情况下有很好的监测效果;2)表征作物形态及生理指标的各指数比较适宜于农业作物生长过程中,尤其是在封垄后,植被覆盖度较高的时期的旱情监测;3)各类综合干旱指数的适用性广阔,可以根据作物整个生长过程中的不同时期进行改良调整,但由于需要大量参数计算保证其精度,限制了实际应用。     

油菜素内酯对羊草抗旱性的影响

采用叶面喷施不同浓度的油菜素内酯(Brassinolide,BR),盆栽控水模拟土壤干旱环境的方法,研究BR对羊草抗旱性的影响。对羊草的重要渗透调节物质以及质膜稳定性等进行了测定和分析。结果表明:与清水喷施相对比,经BR处理的羊草脯氨酸含量增加,质膜透性降低,叶绿素含量增加,叶片相对含水量提高,从而提高了羊草的抗旱性。其中,0.1 mg.L-1的BR对提高羊草的抗旱性效果最好。