TVDI在云南2009/2010年干旱监测中的应用

 云南2009/2010年遭遇了一次百年一遇的全省性特大旱灾,对当地的生产和人民生活造成了严重影响.笔者利用2009年11月—2010年4月NASA（美国国家航空航天局）—MODIS（中分辨率成像光谱仪）1km×1km分辨率的归一化植被指数（NDVI）和地表温度（LST）数据,在构建了温度植被干旱指数（TVDI）的基础上,对2009/2010年云南省干旱情况进行了反演.进一步与昆明、昭通、江城3站实测的土壤湿度数据进行比较验证后,获得了云南省2009/2010年干旱等级的时空分布情况.基于TVDI的卫星监测结果表明：从2009年11月云南进入旱季以后,全省出现大范围不同程度的干旱;2010年2月、3月干旱情况最为严重,中等干旱面积达到全省的50%以上,严重干旱面积达到全省的27%左右;严重干旱区域主要分布在云南省的中东部和南部地区;全省唯有西北的迪庆、怒江自治州较为湿润或者正常.
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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.     

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.     

综合气象干旱指数在西南地区的修正

为了研究气象干旱指数对西南干旱的监测状况,及干旱指数在西南地区的适用性,本文利用西南地区90个气象站的观测资料,根据中国气象局提出的综合气象干旱指数(CI)的计算方法,以西南地区在2009/2010年的干旱事件为例,对CI指数公式进行分析和修正,验证了修正后的CI指数有较好的适用性,对2009/2010年干旱事件的空间演变特征反映清晰,与实际旱情的空间分布比较一致,在干旱等级方面有较好的反映,较其他的干旱指数监测效果更好.     

云参数法干旱遥感监测模型在非洲地区的适应性研究

从云参数法干旱遥感监测模型的需求角度分析了欧洲静止气象卫星SEVIRI数据的应用潜力,并提出了一种适合该数据的多光谱云检测方法;利用云参数法干旱遥感监测模型进行非洲地区2009年底和2010年初的干旱监测,以月度降水和蒸散数据作为参考数据评估监测结果.研究结果表明:云参数法监测结果与参考数据在干旱程度与范围方面基本一致,相对精度高达83.88%,云参数法适合进行非洲地区的干旱监测.     

基于植被指数和地表温度的干旱监测方法的对比分析

以陕西省关中平原和渭北旱塬为研究区域,应用1999-2005年每年5月上旬的AVHRR卫星遥感数据,对比分析了基于归一化植被指数(NDVI)和地表温度的几种干旱监测方法:包括条件植被指数(VCI)、条件温度指数(TCI)、距平植被指数(AVI)和条件植被温度指数(VTCI)等,研究了VTCI与其他干旱监测方法的优缺点及其在研究区域的适用性.从研究区域旱情分布来看,VCI的干旱监测结果不符合研究区域干旱的分布规律.从监测结果的影像纹理特征来看,VTCI和AVI可能适合于研究区域的旱情监测.通过进一步对比分析遥感干旱监测结果与累计降水量的监测结果,得出了VTCI更适合于研究区域的干旱监测.     

云南省干旱时空演变规律及季节连旱的概率特征分析

选取云南省29个气象站点1960—2010年的降水数据,计算每个站点季尺度和年尺度的标准化降水指数(SPI),分析了云南省干旱的时空演变规律.在此基础上,利用广义极值分布(GEV)拟合季节SPI序列分布,通过离差平方和最小准则(OSL)法选择Frank Copula拟合各季节SPI二维联合概率分布,研究云南地区季节连续干旱及连续特旱事件的概率特征.研究结果表明,云南省在过去51年呈不显著变旱的趋势,其中,夏、秋和冬季发生干旱的频率均呈增加趋势,而春季发生干旱的频率呈减少趋势;春夏、夏秋和冬春连续干旱与连续特旱发生频率呈北多南少的规律,高频率地区主要集中在云南省西北、东北及中部,而秋冬连续干旱与连续特旱高频率地区则主要集中在云南省西南部.     

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.     

沙尘暴过程观测数据与实测数据的综合分析

不断加深沙尘暴起沙、传输、沉降机制及其辐射强迫机理认识,提高沙尘暴的预测预警以及防治水平,已成为科研界和政府部门共同关注的问题.我们充分利用已观测的数据进行了深入的综合研究和方法探索,在数据处理本身和多元数据分析方面均取得一些新进展.本文充分利用遥感观测和地面实测手段,对亚洲沙尘暴进行监测.通过对多元数据进行分析和综合,建立了遥感监测结果与地面观测结果之间的关联关系,这些监测结果能够为综合风侵蚀模型系统和GCM(全球尺度沙尘模拟模型)模型系统提供参数和验证数据,同时为沙尘暴的预警预报提供基础数据和客观依据.     

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.     

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.     

1.2 MW风电机叶轮气动性能分析与仿真

风力发电机叶轮设计通常分为设计计算与性能验证两部分.对大功率风电机,在得到叶片的几何数据后,必须进行叶轮的气动性能验证计算.建立理论计算模型,以具体1.2 MW风电机叶轮为对象,进行了理论计算和实际数据测试,并建立了仿真验证模型.结果显示,依据理论模型进行设计计算和验证计算时,要适当增大修正系数,保证理论设计与实际运行结果更加接近.在建立大功率叶轮仿真模型时要综合轮毂和叶尖损失,重视摩擦等因素的影响,使模型的仿真验证功能更强.大功率叶轮设计时必须将理论计算与仿真和试验验证相结合,保证设计结果更加符合运行实际.     

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.     

基于Copula的澜沧江流域气象干旱风险分析

基于云南省澜沧江流域9个气象站点在1953—2015年逐月降水、蒸散发序列,构建标准化降水蒸散发指数SPEI,采用游程理论分离干旱特征变量,利用Copula函数建立联合分布函数,分析干旱发生概率及其重现期. 结果表明:1）当发生相同程度历时、强度的干旱事件时,澜沧江流域北部区域的发生频率高于南部;2）不同地区的联合重现期等值线变化趋势不同,实际重现期介于联合重现期与同现重现期之间,联合重现期与同现重现期的值可作为预测实际重现期的区间范围;3）通过重现期确定不同程度干旱对应的区间范围;4）流域内轻微干旱风险概率为5.50%~11.05%、中度干旱风险概率为17.43%~39.31%、重度干旱风险概率为12.89%~17.83%、特大干旱风险概率为7.20%~14.00%. 研究结果可为澜沧江流域干旱风险应对提供有益参考.      

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.     

快速床空隙率分布模型在高效再生器烧焦罐中的应用

通过实际工业数据验证,快速床空隙率轴向分布四参数模型可以用于模拟高效再生器烧焦罐压力分布和密度分布.对模型参数进行了重新估计,并与实际生产操作条件及气固物性做了关联.将空隙率分布模型转化为实用的压力分布模型后,模型中含有一个压力参数.采取5个参数同时估计的方法,解决了实测压力参数存在误差的问题.     

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.     

GIS的干旱监测信息系统研究

利用遥感信息数据,结合地面观测资料,通过干旱监测模型及高程（DEM）数据,在GIS的平台上建立干旱监测信息系统。在监测不同灾害时,能根据监测区的特性将监测区设置成不同的分区,并针对每一分区确定监测指标,快速、准确地实现监测区内的农业气象灾害监测及等级划分。并以2004年6月份辽宁省干旱监测为例,进行了干旱等级划分及面积监测分析。     

基于贝叶斯傅里叶动态模型的桥梁极值应力预测

研究了基于健康监测应力数据的桥梁极值应力动态预测.考虑到监测应力的周期性、随机性和动态性等特点,首先初次建立了桥梁监测极值应力的傅里叶动态非线性模型(Fourier Dynamic Nonlinear Model,FDNM),结合Taylor级数展开技术,将FDNM近似转化为傅里叶动态线性模型(Fourier Dynamic Linear Model,FDLM);然后采用贝叶斯方法,基于动态监测极值应力数据,建立了无先验信息的贝叶斯傅里叶动态线性模型(Bayesian Fourier Dynamic Linear Model:BFDLM),进而对监测极值应力的一步向前预测分布参数和后验应力状态分布参数进行了预测分析;最后通过实际桥梁监测极值应力数据对本文所建模型和方法的合理性及适用性进行了验证分析,结果表明本文所建BFDLM能够反映桥梁极值应力的周期性、随机性以及动态性等特点.研究成果将为桥梁监测极值应力预测提供理论基础和应用方法.