基于数据驱动和支持向量机的土壤水分含量反演研究

利用MODIS遥感数据和支持向量机回归算法,反演出研究区土壤含水量。利用分类结果与MODIS L1B日数据,采用Vswi方法反演高植被覆盖区土壤水分,并利用MODIS复合产品数据对低植被覆盖度采用表观热惯量模型。实测数据表明,反演精度大大提高。     

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.     

归一化多波段干旱指数在农田干旱监测中的应用

土壤水分含量及植被生长状态是重要的干旱指数.对土壤及植被的正确光谱解译是判断土壤及植被干旱程度的重要依据之一.本研究利用MODIS传感器中通道2(860 nm)波段被植被冠层强烈吸收性、通道6(1 640 nm)和通道7(2 130 nm)对土壤与植被水分含量吸收差异敏感性,构建了归一化多波段干旱指数(NMDI),验证了归一化多波段干旱指数在河南省应用的效果与可能性.研究发现,0～50 cm深度的土壤墒情与NMDI显著相关,在对0～50 cm层次的土壤墒情进行监测时,可以采用NMDI方法.分别对其进行F检验,均通过α=0.01显著性检验.同时,该指数在高植被覆盖区的应用效果有待进一步验证.     

基于水分变化动态方程的土壤水分变化量估算

以淮河流域地表土壤含水量为研究对象,利用2010年3~6月多时相MODIS数据和降雨量、土壤相对湿度等实测数据,结合水文模型和土壤水分变化动态方程,研究地表土壤水分变化量的模拟方法。结果表明:根据土壤水分变化动态方程估算的地表土壤含水量变化量,与实测值进行比较,在10 cm和20 cm深度处两者变化趋势一致,拟合的一元线性回归方程均能够通过显著性检验,相关系数分别为0.53和0.62,符合显著相关;均方根误差分别为9.87%和4.64%。可认为该方法能够较好估算地表浅层土壤含水量的变化量。     

基于GLDAS与TVDI降尺度反演土壤含水量

土壤水是连接大气降水、地表水和地下水的关键水文带,在旱寒区对于维系植被生长起到至关重要的作用.为获取相对精度较高,时空分布更广的土壤含水量数据,本文采用青藏高原2006年MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)植被归一化指数NDVI(normalized difference vegetation index)数据与地温数据LST(land surface temperature)计算出青藏高原全年温度植被干旱指数TVDI(temperature vergetation dryness index);分析TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量的相关性以及相关性的稳定性,结果表明:总体上TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量数据呈负相关关系,其中TVDI与GLDAS第1层土壤湿度数据相关性最好,且相关性的稳定性较强;利用TVDI和GLDAS第1层数据的相关关系反演出青藏高原2006年每月土壤水分分布图,并利用月均值进行实例分析,结果表明反演结果与GLDAS数据基本吻合,仅在青藏高原南部和北部两个区域存在偏差.与原始GLDAS数据相比,TVDI反演的土壤含水量数据具有更高的分辨率(分辨率为1km),在时间尺度上,可以反演逐月的土壤水分.     

黑河上中游流域地表植被对干旱的响应

在干旱半干旱区,水量是植被生长发育的重要因素.本文基于黑河上中游流域2000—2010年MODIS遥感叶面积指数(LAI)产品、中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集等多源数据,计算研究区域各栅格逐月的累积相对湿润指数,通过皮尔逊回归分析,建立LAI与累积相对湿润度指数的相关关系,以此定量评价黑河上中游流域不同土地覆被类型(农田、森林、草地、聚落、湿地)LAI对气象干旱的响应.结果表明:1)植被对干旱的敏感性随植被生长的不同阶段而变化,多数类型的植被在每年的8月份对干旱最为敏感;2)不同类型的植被受干旱影响的程度不同,干旱对农田和草地的影响较大;3)含虚拟变量的回归模型能够合理地描述干旱对植被的影响,模型具有一定的精度.     

基于时间序列MODIS数据的川续断栽培区土壤水分变化研究

以栽培川续断为研究对象,选择贵州省黔南州龙里县、贵定县的栽培基地为试验区,利用贵州省2010年全年的MODIS植被和温度产品,采用Ts-NDVI特征空间模型,先构建温度植被干旱指数(temperature-NDVI dryness index,TVDI),再通过TVDI与土壤水分的经验关系,反演得到试验区的土壤水分分布图.利用时间序列分析,得到了试验区土壤水分的年内变化特征.从总体上看,从春末到秋初,栽培区的土壤水分比较稳定,变化相对其他时段较小.初春时节,土壤含水量最低.进入秋季后,土壤含水量变化剧烈.在冬季,土壤水分则是先上升后下降,且变化幅度最大.此外,将遥感反演结果与同一时段的两次实地测定的土壤水分进行对比验证,发现遥感反演的结果与实测值较接近.研究结果表明利用本文的方法监测中药材栽培区的土壤水分含量切实可行.     

利用土壤水分特征点组分温差假设模拟地表蒸散

提出了一个土壤水分变化过程对土壤蒸发、植被蒸腾以及土壤温度、叶片温度的影响存在较明显差异的假设,利用双层能量平衡模型推导出3个水分特征点(湿润、干旱和由湿到干的转折点)的组分温差(土壤温度减去叶片温度)公式,利用特征点的辐射温度和实际测量的红外温度间的关系来计算实际显热和潜热通量.用2001年北京顺义区实验期间的观测数据对本方法进行了验证,结果表明,用本方法能在只有一个角度的遥感温度数据情况下获取精度较高、误差较小的地表蒸散模拟结果.该法在分解植被蒸腾、土壤蒸发以及监测表层土壤和根区土壤旱情方面有很大的潜力.     

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RS和GIS的广西干旱格局分析闭馨月,卢远

干旱是一种持续时间长,影响范围广的自然灾害.利用遥感数据MODIS合成数据MOD13A2和MOD11A2获取陆地表面温度(Ts)和增强型植被指数(EVI),建立EVIGTs空间模型计算温度植被干旱指数(TVGDI);并以此作为干旱监测指标,分析了广西2015年的干旱格局.结果表明:广西的干旱情况整体上存在季节差异,地貌地形因子也在一定程度上影响着干旱格局.     

海南岛农业干旱综合监测研究

采用遥感信息与地面气象观测数据相结合的方法进行农业干旱监测研究.选择适合高植被覆盖区旱情监测的标准化植被供水指数及适合热带气候区旱情监测的综合降水距平指数作为参数,通过与同步实测土壤含水量的数据融合构建农业干旱综合指数模型.用检验样点的实测数据对模型进行精度验证与实用性评价,检验结果显示均方根误差RMSE为4.65％,相对均方根误差RMSE,为19.28％,说明该模型具有较高的精度,可以用来监测海南岛的农业干旱.利用模型对海南岛2004年10月至2005年1月旱情进行监测与分析.结果表明海南岛旱情西部重于东部、北部重于南部、四周平原重于中部山区.2004年10月上旬起旱情持续加重,12月上旬达到旱情高峰,12月中旬旱情略有缓解,但直至监测末期2005年1月下旬旱情依然严重.旱情随着海拔、坡度减小而加重的趋势明显;平地旱情比坡地重,旱情随坡向的分异不是很明显.     

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。     

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.     

中国农业干旱的监测、预警和灾损评估

对干旱发生发展的实时监测、预警及后期影响评估.可最大程度地减轻干旱对农业生产的影响.综述了中国农业干旱的监测、预警及灾损评估的研究与业务应用状况.对比了不同土壤水分监测方法.介绍了具有自主产权的自动土壤水分观测仪Gstar-1及基于MODIS数据构造的土壤水分遥感监测新指数--农田浅层土壤水分指数(CSMI),分析了中国的灾损评估状况.根据目前研究中存在的问题,提出了将来的研究方向.     

三江源自然保护区植被覆盖度遥感估算

采用了基于重归一化植被指数的像元二分模型,并结合实测数据和相关辅助数据,对三江源自然保护区2007年的植被覆盖度进行了估算和精度验证.植被覆盖度实测值和遥感估算值之间的线性相关系数达到了0.9017,平均精度为81.52%.结果表明使用此方法进行大面积植被覆盖度的遥感估算是有效可行的.     

基于RS和GIS的广西干旱格局分析

干旱是一种持续时间长,影响范围广的自然灾害。利用遥感数据MODIS合成数据MOD13A2和MOD11A2获取陆地表面温度(Ts)和增强型植被指数(EVI),建立EVI-Ts空间模型计算温度植被干旱指数(TVDI);并以此作为干旱监测指标,分析了广西2015年的干旱格局。结果表明:广西的干旱情况整体上存在季节差异,地貌地形因子也在一定程度上影响着干旱格局。     

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.     

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．     

2001-2010年青藏高原草地生长状况遥感动态监测

基于1 970个地面实测数据,结合MODIS EVI和NDVI数据,利用留一法交叉验证方法确定了适合青藏高原地区草地生长状况的遥感反演模型,估算了2001-2010年草地生物量干重空间分布格局,分析了近10年草地生物量变化动态.结果表明:青藏高原地区MODIS的NDVI较EVI能更好地估算草地生长状况,指数模型反演的草...     

基于综合旱情指数的橡胶林干旱时空变化及其影响因子分析

本文基于HJ-1A/1B-CCD、HJ-1B-IRS数据和地面气象观测数据,以标准化植被供水指数(VSWIS)和综合气象干旱指数(CI)为自变量,以同步实测土壤含水量为因变量,通过多元回归分析构建了橡胶林干旱监测综合模型.经检验,模型具有较高的精度.2010年5月上旬起阳江农场橡胶林旱情持续加重,7月上旬干旱最为严重,7月下旬干旱有所缓解.阳江农场橡胶林干旱空间分异特征较为明显,南轻北重、东轻西重.降水距平对橡胶林干旱存在减缓作用,该作用存在滞后长度约为2旬的滞后现象;平均气温距平对橡胶林干旱存在加重作用,该作用从当旬开始有效.橡胶林旱情较轻期,在海拔91~240m的区域,干旱随海拔的增加而加重,在海拔大于240m的区域,干旱随海拔的增加而减轻;橡胶林旱情较重期,全区域干旱随海拔的增加而加重.同时,干旱存在随坡度增大而加重的趋势.橡胶林平地干旱最轻,干旱在不同坡向上的分异不明显.