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.     

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.     

遥感干旱监测研究进展

干旱是一种在世界范围内普遍发生的复杂的自然现象。遥感监测具有宏观、快速、客观、经济等优势,运用遥感技术可以对旱情进行大范围、实时、动态监测。介绍了用于遥感干旱监测的遥感数据源,包括多光谱数据、高光谱数据和微波数据。而且对常用的遥感干旱监测方法热惯量法、植被指数法、蒸散法、高光谱法和微波法进行了概括和汇总,分析了不同方法的优缺点,指出了它们各自的适用范围,并对发展趋势进行了展望。     

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。     

AVHRR植被产品在干旱研究中的应用

本文利用AVHRR数据产品NDVI计算得到河北省的距平植被指数和条件植被指数分布图,对河北省1997年的高温干旱进行分析。遥感测算得到1997年发生干旱的面积与农业部门统计的干旱面积误差为11.3%;利用降水资料得到河北省47个观测站点的降水距平百分率图,与距平植被指数和条件植被指数分布图的旱情分布情况较一致。证明利用植被指数产品进行干旱监测具有一定的可行性。     

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.     

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.     

“3S”技术在生态环境监测中的应用

生态环境监测是环境监测的必然发展趋势,传统的监测只能解决局部的监测问题,而综合整体且准确完全的监测结果必须依赖"3S"技术.3S技术是信息技术领域最具生命力的高新技术.本文从城市生态系统、农业生态系统、森林生态系统、草原和荒漠生态系统的环境监测来说明"3S"技术在环境监测中的应用,并对应用前景进行了展望.     

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.     

基于HJ-1A1B卫星多光谱的油菜菌核病监测研究

为探索基于卫星平台的油菜菌核病遥感监测方法,于2011-2012年在新疆伊犁第四师77团油菜生长季节,对选定的健康、病害油菜地块叶面积指数（LAD、花面积指数（FAI）和角果面积指数（PAI）及光谱指数进行了研究。结果显示：健康油菜与病害油菜的归一化植被指数（NDVI）、比值植被指数（RVI）和差值植被指数（DVI）在发病前无明显著差异,但在发病之后有显著或极显著差异,基于显著差异性光谱指数采用的4种病害与非病害油菜分类方法中,以最大似然法分类结果与田间调查结果最接近,其kappa系数为0．72,达到高度的一致性。结论：利用NDVI、RVI和DVI可区分病害油菜与健康油菜,最大似然法是病害油菜与健康油菜分类的最佳方法,利用环境卫星多光谱数据进行油菜病害监测是可行的,精度符合生产要求。     

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。     

三江源区多尺度水文干旱特征及植被的响应

采用标准化降水指数SPI和遥感植被指数(NDVI、EVI)量化1961—2018年三江源区的生长季植被和水文干旱的演化特性,基于Mann-Kendall趋势检验法分析了三江源区1961—2018年干旱与植被的时空演变趋势,并基于斯皮尔曼等级相关系数进行了不同干旱变量与植被指数的相关性分析。结果表明： 三江源区季度干旱事件发生于1963年、1966年、1984年、1992年、2000年和2017年;春季有显著湿润化现象（平均趋势特征值Z=228）,秋季澜沧江源和长江源中部有不显著干旱威胁;5月黄河源以北地区有显著植被增加趋势,9月长江源中部与澜沧江源有不显著植被退化趋势,2000—2018年植被变化趋势是北部强于南部、西部强于东部;21世纪以来,干旱事件与植被有一定的响应关系,SPI3与植被指数显著正相关。     

气象卫星遥感旱涝自动分类识别解译系统

该项目系统地研究了干旱气象卫星遥感实时监测的常用模型,率先提出并建立了用距平植被指数和相对距平植被指数进行旱、涝成灾分析的气象卫星遥感实时评估模型,从而有效地解决了作物布局差异和生育期不同步对灾情评估的影响.以上模型在实时监测中得到有效应用.     

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TVDI的横断山区干旱时空演变特征及影响因子研究

以横断山区为研究区,通过对比2001—2019年基于 MODIS获取增强型植被指数（EVI）和归一化差分植被指数（NDVI）反演的温度植被干旱指数（TVDI_N、TVDI_E）及潜在蒸散量（PET）和实际蒸散量（ET）反演的作物缺水指数（CWSI）,与土壤含水量进行相关性分析,选择适用于横断山区干旱监测指标,采用Mann-Kendall 检验等统计方法研究干旱的时空变化特征,并分析干旱在不同土地类型、海拔和气象要素影响下的空间演变特征．研究结果表明:1）基于EVI反演的TVDI_E与土壤含水量相关性最高,更适合于监测横断山区的干旱情况．2）TVDI_E监测结果表明横断山区近19 年来干旱变化情况整体呈下降趋势,空间分布呈现南高北低的变化趋势,严重干旱主要集中分布在攀枝花市附近及湿热地带;北部则集中于三江流域（澜沧江、怒江、金沙江）附近及红原草原地区;干旱程度最严重的阶段是夏季,由春季逐渐向夏季过渡期阶段干旱面积明显增加．3）随海拔的增加,耕地分布多集中于海拔<3 000 m的地区,林地分布海拔为1 000~5 000 m的地区,草地主要生长于海拔>5 000 m的地区;19年来耕地、林地和草地中TVDI_E总体呈减弱趋势,但处在高原过渡带及干热河谷周围的植被的干旱呈增加趋势．在生长季缺水期时,南部地区的植被、高原过渡带林地和北部高原的草地受干旱影响严重．4）TVDI_E与日照时间的正相关性最高,与相对湿度的负相关性最高．气象因子对春初和秋末的TVDI_E复合作用最强,大部分区域呈现显著正相关．      

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.     

条件植被温度指数干旱监测方法的研究与应用

综合应用归一化植被指数(NDVI)和土地表面温度(LST),提出了条件植被温度指数(VTCI)的概念,并将其用于干旱监测。VTCI的定义既考虑了区域内NDVI的变化,又强调了NDVI值相等时LST的变化,可解释为NDVI值相等时LST差异的比率。分别以陕西关中平原地区和美国大平原南部地区为研究区域,应用AVHRR和MODIS卫星遥感反演的NDVI和LST产品,以及累计降水量和降水偏差数据,证实了条件植被温度指数是一种近实时的干旱监测方法。     

基于多源数据的2001—2010年我国干旱时空分布特征

准确和全面评价我国陆地干旱时空变化格局,有助于防旱减灾及评估生态系统的稳定性及其对气候变化的响应.利用气象和遥感观测数据,选取3类干旱指数,包括仅基于降水数据的标准化降水指数(SPI)、基于2层土壤模型的帕尔默严重性干旱指数(PDSI)及基于遥感植被指数信息的干旱严重性指数(DSI),对比分析了我国2001—2010年的干旱时空分布特征.结果表明:1)就国家尺度上而言,2001—2010年,我国干旱程度没有呈现显著变化的趋势(P0.05),3类干旱指数在2001—2010年变化趋势基本一致;SPI和PDSI在时间尺度上的相关性达到66%;2)时间尺度上,2001,2006和2009年是那个10年内干旱程度最大的3个年份;3)我国干旱变化在南北地区有着不同的趋势:东北地区及北部地区(华北平原一带)干旱化范围和程度在减弱;而南部地区,特别是西南地区干旱影响的范围在加大,干旱程度呈严重的趋势.