一种基于TVDI模型的边界提取方法研究

提出一种基于TVDI模型的湿地边界信息提取方法,利用TM遥感影像建立地表温度(Ts)与归一化植被指数(NDVI)之间的二维特征空间,用IDL编程在特征空间内拟合温度植被干旱指数法(TVDI)需要的干、湿边方程,并反演出试验区的土壤干湿情况.利用野鸭湖湿地3m×3m植物样方,统计、分析、确定湿地生态系统的上边界.试验测得湿地边界的土壤水分含量阈值0.56,根据该阈值确定湿地边界信息,提取湿地边界.通过该方法提取的湿地核心区准确率达到72%,说明利用遥感方法反演土壤水分含量,提取湿地边界的方法可行.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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DEM校正TVDI的华北地区旱情监测分析

以MOD13A3数据和MOD11A2数据为基础,并结合30 m空间分辨率SRTM高程数据进行高程校正,获得2017年华北地区各个月份TVDI等级分布图,利用TRMM 3B43逐月降水数据和CLDAS V2.0土壤体积含水量数据对TVDI反演结果进行联合分析,探讨旱情、降雨和土壤水分三者之间的关系。实验结果表明,华北地区旱情时空分布变化具有不均一性,2017年3、4月份华北地区出现春旱现象,而11、12月份则出现冬旱现象,7至9月份雨季的到来使旱情得到缓解,华北地区处于湿润状态。此外,DEM校正后的TVDI和月降雨量水平、土壤水分体积含水量存在负相关性。2017年DEM校正后的TVDI的波动性表现比较平稳,而降雨和土壤水分的波动性相对较大。     

沙坡头地区不同植被结构对沙地土壤水分的影响

本文利用沙坡头地区人工植被结构的调查结果及与其对应的土壤水分观测数据,分析了不同植被结构对地表水分的影响.结果表明流沙区土壤水分的变化是由浅层至深层逐渐增加,植被区土壤水分由上至下递减明显,并且人工植被区沙层水分随着植被建立时间的延长而线性减少.该地区草本植物对10cm一20em层的土壤含水量影响较大,灌木主要影响20cm一40cm层的土壤含水量.其中雾冰藜和油蒿对地表水分影响较大.对雾冰藜、油蒿、花棒和小画眉草来说,其密度与土壤含水量呈负相关.     

黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征

分析黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征可保证土壤水分监测和预报的精确度,同时为优化枣林灌溉措施及生态环境建设提供帮助.利用累积概率分布、相对偏差和spearman秩相关系数等方法,研究黄土丘陵区枣林土壤水分时间稳定性特征.结果表明,0~10cm和10~30cm土层下土壤含水量与变异系数(CV)间均呈现出显著递减的指数函数关系(y=0.4932e-0.1116x,R2=0.9521),且基本表现出中等变异.随着测定时段的变化,研究区土壤水分空间分布格局呈现出一定的时间稳定性特征.10~30cm土壤含水量时间稳定性较0~10cm好,其平均相对偏差(MRD)变化范围为-21.32%~34.23%,MRD的标准偏差(SDRD)变化范围为6.02%~47.58%.通过时间稳定性特征分析可以确定区域土壤水分均值的代表性测点(点18),该代表性测点土壤含水量和区域水分均值相关性高、误差小(R20.98,RMSE0.8).研究区0~30cm土壤含水量spearman秩相关系数较低,其值小于0.72,不同时段下土壤含水量大部分都表现出显著或极显著正相关关系.     

高寒沙地柠条群落土壤水分空间分布特征研究

为探讨治理50余年人工植被恢复区地表0～100 cm深度范围内土壤水分的空间分布特征,文中选取典型高寒干旱荒漠区——共和盆地西北部沙珠玉沙区不同年代栽植的典型固沙植物—柠条(Caragana korshinskii)沙丘,采用植被样方调查和烘干法分析该地区土壤水分的空间分布特征。结果表明:(1)植被恢复年限越长,土壤含水量越低;(2)通过分析土壤水分与植被盖度的关系,发现在一定的土壤含水量条件下,植被盖度维持在一定的水平;(3)土壤含水量具有明显的季节性,与降水量的变化几乎同步;(4)各植被恢复区的土壤水分垂直分布存在季节差异性,主要表现为降水引起的表层10 cm土壤水分的变化。由此可见,植被盖度与土壤水分空间分布特征相关性对理解与探讨沙地人工生态系统稳定性机理有着重要作用。     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

吉林中部地区土壤水分遥感反演与应用

表观热惯量法是热红外遥感监测土壤水分的重要方法之一.土壤的表观热惯量可以通过对土壤反照率和地表温度日较差的测量而获得。以吉林中部地区为研究区,根据表观热惯量反演土壤水分含量的原理,选取春播时期的四月份时相,利用MODIS_L1B数据计算模型中的相关参量,进而计算表观热惯量值。将计算结果与土壤水分含量实测值进行线性回归分析,结果通过了置信度0.01的显著水平t检验,相关系数R=0.831,并分析土壤类型对土壤水分含量差异的影响,结果与表观热惯量反演土壤水分的计算结果一致。     

不同植被类型下的土壤水分特征研究——以陕西省神木县中鸡镇为例

研究陕西省神木县中鸡镇不同植被类型下土壤含水量的变化特征,主要对不同植被类型下0~70 cm剖面土壤水分总体分布特征进行分析.研究区土壤水分平均值范围3.42%~5.66%,从垂直分布分析,不同地类下土壤水分含量沿垂直剖面的变化具有波动性.小叶杨林地剖面土壤水分的变化呈波浪形趋势,沙柳灌丛剖面土壤水分的变化总体呈降低型趋势,沙葱草地剖面土壤水分的变化总体上呈增长型趋势,裸露沙地剖面土壤水分的变化总体呈稳定型趋势.对研究区土壤水分进行半方差函数分析,块基值显示小叶杨林地、沙葱草地、沙柳灌丛、裸露沙地的土壤水分属于强烈的空间自相关.     

TRMM/PR在青藏高原土壤水分变化研究中的应用

针对热带降雨观测计划(TRMM)上搭载的降雨雷达(PR)参数情况发展了基于积分方程模型与一阶植被散射模型的青藏高原地区的土壤水分变化反演模型.利用AVHRR/NDVI产品以及PR数据,用上述模型对青藏高原3个试验区1998年4～9月的土壤水分变化情况进行了反演,结果显示模型反演结果与实测结果吻合较好,3个站点的均方根误差分别为0.045,0.069和0.056.     

晋西北不同植被类型土壤水分亏缺特征

为了解人工水土保持林地土壤水分变化特征及亏缺现状,对区域植被恢复提供理论依据。对晋西北岚县典型人工林和对照样地撂荒地进行土壤水分测定,通过构建土壤水分亏缺定量评价模型,对柠条林(Cartagena korshinskii)、油松林(Pinus tabuliformis)和撂荒地雨季和非雨季的土壤储水量和土壤水分亏缺指数进行计算。结果表明:(1)随土层深度增加,3种植被的土壤剖面含水量均呈先降低后升高趋势,柠条、油松林土壤剖面含水量分别在300和400 cm深度后呈降低趋势,撂荒地土壤剖面含水量变化呈增长型,土壤含水量最高;(2)3种植被类型的土壤储水量和土壤有效储水量变化趋势相同,均表现为:撂荒地柠条油松,土壤水分相对亏缺量表现为:油松柠条撂荒地;(3)柠条、油松林地存在明显亏缺现象,样地土壤水分平均相对亏缺指数分别为0.24、0.69,撂荒地为-0.19。油松林地的土壤水分亏缺程度高于柠条林和撂荒地。     

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.     

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.     

沙河流域地表通量的定量遥感估算

地表通量遥感估算对植物长势监测、灾害监测和地区能量水循环研究具有重要的现实意义.本文选取北京市沙河流域2002-10-16和2003-04-07LandSat TM影像反演研究区春秋季地表特征参数和地表通量,结合地面观测资料,利用二层遥感模型对该地区的植被、土壤地表通量分别进行了遥感估算.结果表明,研究区地表能量平衡各分量具有明显的时空特征.春、秋季晴日植被通量和土壤通量的估算结果空间分布态势保持一致,植被通量略大于土壤分量,土壤通量的空间分异性更明显.     

宁夏盐池县封育区沙地浅层土壤水分时空特征分析

以宁夏中部干旱带盐池县封育沙地为例,利用GPS定位,采用定位监测的方法,以自然状态下的流动沙地为对照,对不同封育年限的封育沙地的土壤水分时空特征进行分析.结果表明,不同类型封育沙地的土壤水分含量随着土层深度而变化,一般为表层土壤含水量均较低,随着土壤深度的增加,土壤含水量先增大后降低.土壤水分变异系数随着土层深度的增加均呈现出降低的趋势,土壤水分含量由大到小依次为流动沙地,封育2 a沙地,封育4 a沙地,人工恢复沙地.同时,根据生长季初末土壤含水量的变化特征,土壤水分的年内变化规律表现为流动沙地和封育2 a沙地的土壤水分为积累型,封育4 a沙地的土壤水分近似于平衡型,而人工恢复沙地的土壤水分则是消耗型.这主要是降水入渗补给和蒸腾蒸发两个相反过程相互制约的结果.