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。     

遥感监测干旱的方法综述

土壤水分是土壤的重要组成部分,在地-气界面间物质、能量交换中起着重要的作用。遥感技术具有大面积同步观测,时效性,全天候性、经济性的特点,为大面积动态监测土壤水分提供了可能。本文简述了目前的几种主要遥感监测土壤水分的方法:热惯量法、温度植被指数法、作物缺水指数法、高光谱法和微波遥感法。并分析了各种方法的原理和优劣,最后总结并展望了土壤水分遥感监测方法的发展趋势。     

陕西省干旱遥感监测业务化方法研究

介绍了近几年来国内利用遥感监测旱情的进展,并对陕西省的旱灾情况进行分析,讨论了常用模型在陕西省干旱监测的应用结果,最终确定适合陕西省业务化监测干旱的方法。     

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.     

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.     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分.及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义.遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段.本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.     

基于水文模型和遥感的干旱评估和重建

为了描述干旱的空间及时间演进过程,并对比土壤水分干旱和植被干旱之间的异同,利用VIC(variable infiltration capacity)水文模型模拟的土壤水分数据及遥感的归一化植被指数(NDVI)产品,基于SAD(severity-area-duration)方法重建了Colorado流域2000—2008年的干旱事件,通过绘制SAD曲线分析了该流域的干旱特征,并比较了不同干旱指标的差异。结果表明:NDVI百分位数(NDVIP)和土壤水分百分位数(SMP)都可以用于重建Colorado流域的主要干旱事件,并描述对应干旱的特征;NDIVP监测的干旱事件持续时间小于SMP监测的结果。NDVIP具有反应干旱和湿润的能力,但其反映长期干旱的能力受植被生长周期的限制。     

基于3S的农业干旱监测方法综述

旱灾是我国影响范围最广的农业自然灾害,本文对3S技术在农业干旱监测方面的应用进行分类综述,重点介绍了用遥感进行监测的热惯量法、作物缺水指数法、归一化植被指数法、距平植被指数法和条件植被温度指数法。并对未来基于3S技术的农业干旱监测提出建议。     

冰川变化遥感监测的研究进展

总结分析冰川变化遥感监测中使用的影像数据和方法,探讨全球范围内冰川变化遥感监测最新研究成果,发现分辨率较高时间序列较长的Landsat影像适合大区域长周期的冰川变化研究.ASTER影像在近几年冰川变化研究中发挥着重要作用,而分辨率达到米级的影像数据适合面积小、精度要求高的冰川变化研究.冰川边界的提取通常采用比值阈值法,同时也应尝试其他方法,以选择最佳的方案.全球范围内,现代冰川退缩速率不尽相同,新几内亚与非洲地区冰川退缩最为严重,反应了低纬度地区的小冰川对气候变化响应更为敏感;斯堪的纳维亚半岛与两极地区冰川规模大,冰川变化相对较小.     

矿区遥感监测及土壤侵蚀研究进展

水土流失已成为全球面临的生态环境问题,而持续剧烈的矿产资源开采使得矿区的土壤侵蚀加剧,原有生态遭到严重破坏。矿区的生态环境监测越来越得到政府和学者的重视,土壤流失是矿区开采导致最为直观和严重的生态环境问题。RS和GIS技术的发展给矿区生态环境遥感监测带来了新的机遇,快速、准确获取矿区占地和地物信息的同时,可以对矿区进行全天候、全天时和长时间序列的监测。同时,RUSLE等众多土壤流失计算模型的提出,能够高效、科学地计算和评价矿区土壤侵蚀强度,为开采过程中的问题解决和开采后的矿区生态恢复提供重要保障。     

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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草原植被遥感监测方法研究进展

在回顾我国草原植被遥感监测方法的基础上,重点介绍目前农业部在草原植被遥感监测中所使用的方法及其局限性。提出我国草原植被遥感监测今后应关注和解决的重点问题,指出草原植被遥感监测方法的研究重点应集中在提高草原植被遥感监测的精度和方法标准化上,并建议应加强我国草原遥感监测和信息化管理平台的建设。     

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.     

CCI遥感土壤水在东北粮食主产区表征干旱的准确性评估

针对长时间序列土壤湿度数据集在国内缺乏验证和应用的问题,利用东北粮食主产区1992—2013年土壤10cm表层实测站点数据,采用2种评估方法,即皮尔逊相关绝对法和干旱判断吻合度相对法,对欧洲空间局气候变化倡议(climate change initiative,CCI)的土壤湿度数据集,融合遥感土壤水数据产品在东北粮食主产区表征干旱的准确性进行评估.2种分析结果表明,CCI遥感土壤水在判断东北粮食主产区干旱事件上具有较高的准确性,可以作为东北粮食主产区内表征干旱的有效指标开展农业干旱评价研究.     

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。     

海面溢油及浒苔遥感监测研究进展

海面溢油和浒苔灾害已经成为当今主要的海洋生态环境问题,而基于卫星遥感影像提取海面溢油和浒苔信息是监测其动态变化的一种有效手段,因此本文对国内外海面溢油及浒苔遥感监测技术进行归纳整理。光学遥感数据多波段比值法是最常用的海面溢油监测方法。另外,合成孔径雷达(SAR)不受雨云影响,在灾害监测中发挥着越来越重要的作用,而利用灰度值或后向散射系数变化来判断溢油或浒苔是SAR常用的方法。从现有的研究可以看出:遥感监测海上溢油及浒苔范围发展最为成熟,已经业务化运行;然而,遥感监测溢油量、溢油类型及浒苔生物量仍然处于试验阶段。遥感海洋灾害的监测要由定性走向定量,真正实现实时、连续、快速、准确,仍需要多种平台和多源遥感数据相结合,调整传感器的空间分辨率,开发小型、新型传感器。     

岷江上游干旱河谷区土壤水分含量及其动态

于2002年8月～2003年7月对四川西部理县干旱河谷区土壤水分状况进行了定位研究。结果表明：在理县干旱河谷区，不饲海拔高度0～50cm土层土壤平均含水量总的变化趋势是阴坡比阳坡高。而土壤水分空间异质性阳坡比阴坡大。同一坡向不同海拔的土壤含水量变化为2050m处的最高，1850m处的次之，1450m处再次之，1650m处最少，表明了在干旱区河谷的两岸坡面上部土壤水分状况最好，在坡面下部靠近河流处次之，中下坡水分条件最差。相同海拔高度，不同坡向土壤含水量都表现为随着土层深度的增加土壤含水量增加的趋势，且30～50cm土层的土壤含水量最高。     

土壤侵蚀遥感监测方法研究

本文基于笔者多年从事水土保持的相关工作经验,以土壤侵蚀遥感监测为研究对象,探讨了目视解译分析方法和基于遥感光谱反射值自动监测,分别给出了具体的计算方法和相关研究现状,全文是笔者长期研究基础上的理论总结,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。     

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。