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。     

气候变化背景下中国西北地区作物干旱灾损评估技术——以甘肃省春玉米为例

 为了定量评估气候变化背景下中国西北地区作物干旱灾害损失,本研究以甘肃省春玉米为例,构建了用于春玉米干旱灾损评估的生物气象指标——DI指数,该指标由CI指数和水分适宜度构成,前者反映中长期降水和热量条件的作用,后者表征作物供水与生理需水的关系。在对该指标进行了验证分析和可行性评价的基础上,以干旱减产和生长季降水量为依据对DI指数进行了等级划分,分别表示轻、中、重、特重干旱。利用气象台站逐日降水量和气温、玉米单产和总产、发育期和生理需水量资料反演了历史逐日DI指数,计算了累积DI指数,给出玉米种植区代表站春玉米DI指数时空变化规律,对农业种植制度调整、作物布局和防灾减灾具有一定的实际意义。     

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.     

福建省洪涝灾害经济损失趋势分析

采用灾损度DLD和环境不稳定度EI两个要素,构建了灾害经济损失指数DELI(灾损度指数)指标对灾害经济损失进行评估,并应用它对福建省洪涝灾害经济损失趋势变化进行了分析.研究表明:利用灾损度指数对灾害经济损失评估的方法是可行的,不受灾害发生的时间和地点限制,可比性强,资料信息源多,计算方便,适用范围广;福建省洪涝灾害灾损度指数呈波动上升趋势,反映出福建洪涝灾情加重、灾害本身损失加大与福建省环境不稳定度加大有关,和实际情况相符.     

辽宁省水稻产量灾损风险评估及对策

构建水稻产量灾损风险评估模型,利用辽宁省12个地市1971—2010年水稻产量资料,采用历年平均减产率、灾年减产率变异系数、产量灾损风险指数、抗灾指数等指标对全省粮食产量灾损风险进行评估。结果表明:抚顺、铁岭及锦州地区属于水稻生产高风险区,鞍山、辽阳、营口和盘锦属于水稻生产低风险区,其余地区为中风险区。分析评估结果,结合全省水稻生产中的突出问题,从防灾减灾和灾后补救角度提出强化农业水利基础设施建设、改善农田生态环境条件、强化农业气象防灾减灾工作、健全农业防灾减灾体系和提高灾后补救能力等措施。     

四川春玉米气象干旱致灾因子危险性

利用四川省1961-2014年147个地面气象站逐日观测资料与四川省春玉米观测资料,运用气象干旱对农业影响评估综合指数,建立四川省春玉米生育期气象干旱致灾因子危险性模型,研究了四川省春玉米播种-出苗期、拔节-孕穗期、抽雄开花-吐丝期、乳熟-完熟期及全生育期气象干旱致灾因子危险性空间分布特征.结果表明:春玉米需水关键期发生特、重、中、轻概率的空间分布不同;春玉米抽雄开花-吐丝期气象干旱致灾因子危险性较大,拔节-孕穗期次之,播种-出苗期较小;春玉米全生育期气象干旱致灾因子危险性盆西北至资阳北部较高,高原西南部河谷地带次之,盆地西南部、凉山州东北部较低.     

基于系统动力学的海峡西岸城市群台风灾害风险分析

以海峡西岸城市群为研究对象,以台风灾害为例,基于系统动力学的理论方法,运用Vensim软件对海峡西岸城市群的台风灾害进行仿真模拟,重点围绕建筑物脆弱性指数和政府重视程度这两个变量分析其对台风灾害损失系统的影响. 得出结论：建筑物脆弱性指数可用建筑物灾损率来表征,脆弱性指数越大,建筑物毁坏速率越快;政府重视程度越高,台风监测预警能力与应急处置能力越强. 从长远考虑,降低建筑物脆弱性指数和提高政府重视程度,对降低台风灾害风险具有较为重要的现实意义.     

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.     

基于脆性熵的城市生命线灾损敏感性评估

为了对城市生命线在灾害作用下的高度敏感性和耦合放大性进行全面的评估,引入脆性熵理论对城市生命线的灾损敏感性进行研究。在界定承灾体脆弱性和灾损敏感性概念的基础上,构建城市生命线灾损敏感性评价指标体系。在综合考虑网络节点的结构重要性和功能重要性的基础上,用网络的实际均衡熵与系统最大熵的比值建立单功能网络结构灾损敏感性指数的计算模型。从影响机理入手,对各生命线子系统之间不同作用类型进行划分,并构造相应的布尔型矩阵,利用脆性熵理论分析各生命线子系统之间的脆性关联程度,得到生命线系统整体网络结构的灾损敏感性计算模型。从质量灾损敏感性和网络结构灾损敏感性2个方面建立城市生命线的灾损敏感性评估模型。研究结果表明:各子系统之间的脆性关联会使得城市生命线的灾损敏感性增加;在受到灾害破坏时,通讯系统与其他子系统的脆性关联最大,在灾后应该抢先修复。     

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.     

旱作农业区土壤墒情监测技术研究

介绍了土壤墒情监测的重要性,阐述了土壤墒情监测技术,包括土壤墒情监测点的建立,测试方法与测试仪器的配置,数据的分析与传递,监测资料的归档整理等.     

旱作农业区土壤墒情监测技术

阐述了土壤墒情监测的意义以及土壤墒情监测点的建立应遵循的原则,介绍了土壤墒情测试方法及相应的仪器配置、数据的分析与传递、监测资料的归档整理。     

基于GIS的区域水土流失评价模型

区域水土流失评价对于水土流失区域治理的宏观决策、规划等具有十分重要的意义．本以黄土高原地区为例,结合影响水土流失的各个因子,分析了该区的自然特征,确定了进行区域水土流失评价的各项指标(模型参数),并运用GIS,集成了多种来源、多种比尺和多种类型的数据,建立了该区的水土流失宏观定量评价模型．     

A method for retrieving soil moisture from GNSS-R by using experiment data

Soil moisture is a key parameter in agricultural irrigation.The L band(1.58GHz)on board global position system(GPS) satellite is well suited for monitoring the change of soil moisture.In order to investigate the potential of retrieving soil moisture using the L-band GPS bistatic radar,this paper analyzed a retrieval method by using field experiment data.In order to investigate the relationship between the soil moisture(corresponding roughly to the 0~5cm top soil layer) and the signalto-noise ratio(P_(r-SNR)) to the direct GPS signal-to-noise ratio(P_(d-SNR)),an experiment was conducted in Hulunber grassland of China in 2009 and 2011.Six field sites in the soil moisture experiment were utilized to analyze the relationship between soil moisture and the ratio of P_(r-SNR) to P_(d-SNR) and the square of correlation coefficient was about 0.9 when the surface type was known and the elevation angle of the satellite ranged from 65 to 85 degrees approximately.The analysis shows that ratio of P_(r-SNR) to P(d-SNR) can be used to monitor the soil moisture,because the ratio of P(r-SNR) to P(d-SNR) maximized the elimination of the influence of different signals from different GPS satellites.The estimation accuracy could be improved if we make full use of the empirical knowledge on elevation angles of GPS satellites and ground roughness of different surface types.     

一种新型土壤抗剪强度测量装置的研制

土的抗剪强度是岩土体一项重要的物理性能指标,测量土的抗剪强度对于滑坡隐患点的监测和预防具有重要意义。提出一种装置来实现现场测量土的抗剪强度,该装置由十字板、扭矩传感器、步进电机、单片机硬件电路等结构组成。对实验装置的搭建和单片机硬件电路作了详细介绍。取杭州地区的软黏土为研究对象,用该装置对土样在不同含水率和不同正应力的条件下进行了十字板剪切试验和直剪试验;并将所得数据的数据进行分析对比。试验结果表明,当土壤含水率较低时,随着含水率的增加,土壤抗剪强度先增大后减小;而土壤抗剪强度和对土壤施加的正应力是成正比关系的。     

干旱区生态环境敏感参量遥感反演与评价系统研究

针对传统观测手段难以满足大范围快速生态环境变化监测需要的问题,在分析干旱区地表覆盖类型与气候特点, 以及干旱区生态环境监测与评价的具体需求基础上, 运用遥感技术反演生态环境敏感参量并根据相应的需求建立了基于这些参量的评价模型。在Microsoft .NET平台上, 利用ArcEngine组件实现了遥感影像数据的可视化与空间分析功能; 利用IDL (interactive data language)开发的遥感反演算法, 实现了生态环境敏感参量的遥感提取, 最终开发集成了干旱区生态环境敏感参量遥感反演与评价模型系统。通过将该系统在新疆石河子地区进行应用, 对系统功能进行了测试。结果表明, 本系统能够比较稳定地运行, 比较方便和准确地通过遥感手段获取关键生态环境参量, 为干旱区生态环境保护和监测提供了技术支持, 也将促进空间信息技术在干旱区生态环境监测中的综合应用。     

基于无人机多光谱数据的农田土壤水分遥感监测

为了提高农田精准管理效率,基于无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)实时获取和传输的遥感数据设计了一种快速监测农田土壤水分的方法:首先,利用UAV飞行采集农田的多光谱数据,在农田选取一个代表性的重点观测区域进行随机样点土壤水分探测;然后,利用垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index, PDI),结合样点土壤水分数据快速构建农田土壤水分反演模型,进而获得大范围的农田土壤水分监测结果.并通过6个时相获取的UAV数据和样点土壤水分数据,进行方法实验和模型精度分析,结果表明利用该方法进行农田土壤水分监测的精度较高:6个时相土壤水分反演结果的决定系数R2均在0.8以上,其中5个时相的均方根误差RMSE和系统误差SE值均小于0.1.这证明了基于UAV数据设计的农田土壤水分监测方法的有效性和可行性,可以为大范围农田土壤水分的快速监测提供方法参考.     

三江源地区草地退化对土壤含水量的影响

【目的】研究草地退化对青海三江源地区土壤含水量的影响,为草地生态系统的综合监测与评估提供科学参考。【方法】根据遥感解译数据,得到20世纪70年代以来三江源地区草地退化的时空特征,结合不同土壤类型、不同退化等级下的孔隙度实测数据,利用空间分布替代时间演替的方法得到不同时段土壤饱和含水量的时空变化,分析该区草地退化与土壤饱和含水量的关联程度。【结果】20世纪70年代中后期至2004年,三江源地区草地退化现象持续发生; 2004—2012年,该区草地得到了一定程度的恢复。20世纪70年代中后期至2004年,三江源地区草地土壤饱和含水量减少了45.58亿m³; 2004—2012年,草地土壤饱和含水量减少了1.50亿m³。【结论】尽管草地退化情况略有减轻,但草地土壤饱和含水量表现出持续减少的现象。植被退化是三江源地区土壤退化的直接原因,由其引起土壤理化性状的改变,进而影响土壤持水性。