遥感干旱指数在金沙江流域干旱监测中的适用性研究

利用2015—2020年金沙江流域MODIS数据和流域内29个气象站1991—2020年月降水、气温资料,研究不同遥感干旱指数在金沙江流域的适用性,这些指数包括温度状态指数(temperature condition index, TCI)、温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index, TVDI)、植被状态指数(vegetation condition index, VCI)、植被供水指数(vegetation supply water index, VSWI)和标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI)。结果表明：TCI与TVDI、VSWI与TCI、VSWI与TVDI、VSWI与VCI各月的相关性均较为显著。TVDI与SPEI和TCI与SPEI全年相关性较好。SPEI与VSWI相关性在1月、10月较低,其余月份均相关性较好。SPEI与VCI在1—3月相关性较低,其余月份均相关性较好。根据4种遥感干旱指数与SPEI的相关性分析,建议金沙江上游地区...     

2001—2019年长江中下游农业干旱遥感监测及植被敏感性分析

长江中下游地区是中国最重要的粮食产区之一,近年来,由于极端天气影响,长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数(vegetation condition index, VCI)、温度条件指数(temperature condition index, TCI)及植被健康指数(vegetation health index, VHI)对2001—2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测,探究长江中下游地区VCI、TCI在VHI指数中的最优权重比例,挖掘不同植被对干旱的敏感性差异,同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市的干旱趋势。结果表明,VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常;当VCI和TCI的权重分配比为7∶3时,VHI指数能够结合两种指数的特点,在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势;不同植被对干旱的敏感性不同,在长江中下游地区,农作物对干旱的敏感性最高,森林最低,草地介于二者之间;在气候变化背景下,近20年来,长江中下游地区呈现逐渐湿润的趋势,干旱风险逐步降低,其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显,而江苏和上海地区湿润趋势较弱,在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。     

基于温度供水干旱指数的京津冀春旱监测及时空分布分析

为提高农业干旱监测效果和精度,在对传统干旱监测模型对比分析基础上,本文提出将温度植被干旱指数(TVDI)和植被供水指数(VSWI)加权联合构建温度供水干旱指数(TSWDI)的研究思路.以京津冀2006—2012年5月份数据作为实验统计数据,以京津冀2006—2016年3—5月份春旱监测为例进行了模型实验.实验结果证实,...     

基于多源遥感数据的旱情评价研究——以河南省为例

以河南省为研究区,利用2005—2014年间的EOS-MODIS地表温度产品MOD11A2、植被指数产品MOD13A3以及热带降水测量任务(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的月降水速率数据集TRMM3B43,计算了植被状态指数(vegetation condition index,VCI)、温度状态指数(temperature condition index,TCI)以及降水状态指数(tropical rainfall condition index,TRCI),同时结合土地利用类型数据及气象站点数据,通过层次分析法确定权重,构建了农业干旱指数监测模型。在此基础上,利用标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)对模型进行验证,并根据SPI的等级划分确定构建的农业干旱指数监测模型的划分等级。以2014年为例,应用构建的农业干旱指数对河南省干旱情况进行时空分析。结果表明,构建的农业干旱指数监测模型能够有效监测河南省干旱时空变化特征,具有较好的监测效果。     

黄河三角洲地区地下水埋深遥感反演

黄河三角洲地区地理位置特殊,水资源供需矛盾尖锐,为了研究其地下水分布状况,使用MODIS遥感数据、实测土壤相对含水量和地下水埋深数据,利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)和表观热惯量法(apparent thermal inertia,ATI)对研究区土壤相对含水量进行遥感估算;通过分析不同深度处土壤相对含水量与地下水埋深的相关性,建立了反演地下水埋深的线性方程,得到了研究区地下水埋深分布状况图.结果表明:利用地表10 cm深度处测得的土壤相对含水量反演地下水埋深的结果较为合理;在缺少土壤相对含水量数据时,可以用反映土壤相对含水量高低的因子估算地下水的埋深.     

基于ARIMA模型和VSWI指数的旱情预测——以桂西北为例

VSWI指数(植被供水指数)在高植被覆盖地区旱情监测中应用广泛,为了进一步研究基于时序的VSWI数据在干旱预测中的可行性,本文以广西水文水资源局提供的2005—2013年桂西北地区VSWI时间序列数据为基础,选取171个气象及水文站点,以其时间序列的VSWI数据,建立ARIMA模型(差分自回归滑动平均模型)。将该模型应用于预测2013153和2013169的VSWI影像,并将预测结果与实际监测的VSWI影像进行了对比分析。结果表明：其与实际情况的相关性分别为0.787和0.648,误差在20%以内的点分别为82.4%和65.4%,均在合理的误差范围之内,表明利用所建立模型对旱情进行预测是可行的。     

基于CASI数据的黑河绿洲区叶面积指数反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)作为植被冠层的重要参数,对作物长势监测及产量估算具有重要意义。本研究以黑河流域张掖绿洲试验区为例,基于机载航空高光谱遥感影像(compact airborne spectrographic imager,CASI)数据,利用物理模型与统计模型对研究区的LAI进行估测反演。首先,利用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)与相应实测LAI数据建立最佳线性回归模型;然后,基于混合像元分解模型和多次散射植被冠层模型构建物理模型;最后,以线性回归模型为参比修正多次散射植被冠层模型,构建半经验LAI反演模型,并比较上述模型拟合效果。研究结果表明,半经验模型为绿洲区LAI反演最优模型,模型估算精度R2达到0.89,精度提高较显著。研究对提升作物LAI的估算精度有一定意义,并将进一步推动精细农业定量遥感理论的研究与应用。     

国产HJ-1B卫星数据的地表温度及湿度反演方法——以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿区为例

草原露天煤矿的土壤湿度遥感监测可以反映露天开采活动对生态环境的扰动程度。选择国产环境卫星(HJ-1B)多光谱及热红外光谱数据,探讨HJ-1B数据在中国北部呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿区地表温度及湿度的反演模型及适宜性,对比分析JMS,Qin和Artis算法在研究区温度反演中的精度及适用性;进一步利用归一化植被指数和地表温度(NDVI-LST)的特征空间反演温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI);通过野外实测土壤湿度数据对NDVI–LST特征空间中的干边模型进行修正。结果表明:基于Qin算法反演的温度数据精度最高;干边纠正系数为0.3时,TVDI与实测土壤含水量相关性最高,"湿边"呈现剖物线特征,"干边"呈现线性规律。反演结果能够很好地反映露天煤矿区内不同地物的地表干旱状况及空间异质性,可为草原露天煤矿区的长周期陆面演变监测提供基础数据。     

风云三号温度植被指数反演土壤湿度研究

为了研究利用我国自主产权极轨卫星风云三号(FY-3)的MERSI数据反演区域土壤水分的效果,该文利用MERSI数据分别提取归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度并构建NDVI-Ts特征空间;依据该特征空间计算温度植被干旱指数(TVDI)作为土壤湿度监测指标,反演了2012年乌昌地区4—9月的土壤湿度。从反演结果看乌昌地区2012年4—5月土壤湿度较低,造成农区农作物不同程度的缺水,这与实际旱情监测相一致。研究结果表明:基于MERSI数据的TVDI指数能够较好地反映区域土壤湿度的变化情况,为今后应用风云三号数据进行干旱监测提供参考。     

基于物候信息的山东省冬小麦长势遥感监测

作物长势监测是农情监测的核心内容之一,处在不同生育期的作物长势存在显著差异。为了提高大范围作物长势遥感监测的精度,利用2001―2015年间获取的MOD09A1数据,以山东省冬小麦为研究对象,在逐年提取冬小麦抽穗期基础上,探讨研究区近15 a间冬小麦抽穗期长势时空格局。研究表明,与归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)相比,基于增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)提取的冬小麦抽穗期与地面观测数据有更好的一致性。研究区冬小麦抽穗期主要集中在4月中、下旬,并从南向北、自西向东逐渐推迟;与NDVI,EVI和归一化差值红外指数(normalized difference infrared index,NDII)相比,产品改进–NDVI(product improve–NDVI,PI_NDVI)更能反映冬小麦的实际长势。基于该指数监测冬小麦长势,2001―2015年间山东省冬小麦抽穗期长势整体呈上升趋势;但年际间波动较大,相同年份不同区域的冬小麦长势存在明显差异;而大部分区域长势状况比较一致,与多年平均状况持平。研究结果与已有的相关研究较为一致,基于遥感进行大范围和长时间作物长势监测的思路可以为以后研究提供一定的参考。     

不同植被水分指数对小麦水分状况监测效果对比

通过对比不同水分指数对冬小麦水分状况的监测效果,选择出不同时期的最优水分指数,为遥感监测作物水分提供理论依据。利用冬小麦一个完整生长季内不同时期的5次水分胁迫下光谱与水分状况实测数据,计算出NDVI、NDWI、GVMI(全球植被水分指数)、PWI(植被水分指数)及WI(水分指数)这5个常用水分指数的数值,并与EWT(等效水厚度)、FMC(相对水分含量)进行相关性分析。经过综合分析与比较,发现在小麦生长前期,FMC比EWT更适合反演水分状况,而小麦生长后期,则EWT比FMC更为适合。不同时期小麦水分监测的最优指数不同,而且随着小麦的生长,光谱指数对水分状况监测效果呈现先升后降的趋势。在实际应用中,应当根据小麦生长的不同时期,选择不同的指数来监测小麦的水分状况。     

分布式MODIS植被供水指数生产模型研究与实现

遥感监测已成为旱情监测的重要手段,其中植被供水指数（vegetation supply water index,VSWI）产品是进行遥感旱情监测的重要参考依据,但其生产涉及的数据量大,处理周期长,严重影响监测数据处理的及时性。面向分布式计算环境,提出了一种基于开放服务网关协议（open services gateway initiative,OSGI）的分布式中分辨率成像光谱仪（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）植被供水指数产品生产模型（OSGI-based VSWI distributed production model,ODPM）,通过该模型将MODIS影像的植被供水指数产品生产算法转化成OSGI的Bundle组件,使其能够在分布式OSGI的平台中进行动态的部署与安装,充分利用局域网内的计算资源,实现快速的遥感数据处理与监测产品生产。利用中国7大流域数据对模型的稳定性进行实验,结果表明,相对传统的单机处理模式,该模型的运算速度提升3倍左右,内存占用减少大约2/3倍,并具有良好的计算稳定性。ODPM模型在提升数据处理部门的工作效率方面具有重要意义,可在海量遥感数据处理、大范围遥感监测产品生产领域发挥显著的作用。     

农作物含水量的遥感反演

利用遥感手段,在短波角度斜率指数(shortwave angle slope index,SASI)的基础上,采用全局植被湿度指数(global vegetation moisture index,GVMI)获取单位面积的植被冠层水分含量(EWTcanopy),建立了农作物水分含量的相关统计模型,并对黄淮海平原农作物水分含量进行反演研究。结果表明,该角度指数模型与EWTcanopy之间有很强的相关性,由此模型计算得到的黄淮海平原农作物水分含量,与同期的土壤相对湿度有较强的一致性。     

基于机载MASTER数据的果园叶面积指数遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述植被冠层结构的重要参数,准确获取果树的LAI对果树长势监测和果树估产均有重要作用。以美国加州中部的果园为研究区,基于沿太阳主平面飞行成像的机载MODIS/ASTER模拟传感器(MODIS/ASTER airborne simulator,MASTER)数据,利用实测LAI数据与归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、归一化差值红外指数(normalized difference infrared index,NDII)和归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)分别建立回归模型,并选取NDWI进行研究区LAI的反演。结果表明:由于地物的二向性反射,垂直太阳主平面飞行获取的遥感数据具有明显的亮度梯度现象,而沿太阳主平面飞行获取的遥感数据几乎不受亮度梯度的影响;NDVI在高植被覆盖区容易达到饱和,而NDWI比NDVI和NDII具有更高的拟合度和更小的均方根误差,更加适合研究区LAI的遥感反演;该研究结果可以丰富LAI反演理论,也可以为研究LAI尺度问题提供理论和数据支持。     

基于VCI指数的青藏地区春旱时空动态变化分析

有关春旱的时空特征信息对于许多农业应用和决策都至关重要.本研究利用NOAA/AVHRR的植被状态指数(vegetation condition index,VCI)产品,对1995—2010年间青藏地区的植被干旱情况进行了全面的时空分析.针对VCI作为干旱指标的特点,采用了多种方法,其中包括干旱的频率分析、趋势分析和M...     

多源遥感与作物模型同化模拟作物物生长参数时空域连续变化

本文将遥感信息与作物模型同化实现作物生长参数的时空域连续模拟,进而监测生长参数的时空域变化.首先将作物模型WOFOST(World food studies) 与冠层辐射传输模型PROSAIL 耦合构建WOPROSAIL 模型,利用微粒群算法(PSO) 通过最小化从CCD 数据获取的土壤调节植被指数观测值SAVI(soil adjusted vegetation index) 与耦合模型得到的模拟值SAVI’之间差值优化作物模型初始参数.通过MODIS 数据反演实现参数的区域化,并将区域参数作为优化后作物模型输入参数驱动模型逐像元计算生长参数,实现生长参数的时空域连续模拟与监测,最终建立区域尺度遥感-作物模拟同化框架模型RS-WOPROSAIL .结果表明：同化模型解决了作物模型模拟空间域和遥感信息时间域的不连续问题.模型模拟的叶面积指数(LAI) 、穗重(WSO) 、地上总生物量(TAGP) 等生长参数较好地体现了水稻生长状况时空域变化,研究区水稻模拟产量与实际产量的误差为27.4% .     

FY-3A/MERSI数据在中国北方干旱监测中的应用

中国新一代极轨气象卫星风云3号A星(简称FY-3A)上搭载的中分辨率光谱成像仪(MERSI)具有5个250m分辨率通道,进一步加强了对地表精细地物的观测能力,为大面积干旱监测提供了新的遥感数据源。利用FY-3A/MERSI传感器250m分辨率数据和垂直干旱指数(perpendicular drought index,PDI)对2009年夏季内蒙古自治区中东部干旱进行了监测。结合气象部门的降水、温度和气象干旱资料对比分析表明,基于250m分辨率的时序FY-3A/MERSI卫星资料反演的PDI干旱指数能够客观地反映研究区旱情的空间分布和动态发展过程。利用实地观测的土壤水分数据验证了PDI指数和土壤水分之间的关系。从验证结果看:PDI指数和对应实地观测的10cm、20cm土壤持水百分含量之间有较好的负相关关系,其中PDI和20cm深度处的土壤持水百分含量之间的相关关系更为稳定,R2达到0.69以上。该研究表明利用中国新型、自主的FY-3A卫星资料进行干旱监测业务是可行的。     

基于最优插值的土壤含水量遥感反演缺失数据插补

遥感反演土壤含水量是干旱遥感监测中必不可少的环节,但遥感传感器往往受到云雪或自身性能等因素影响而存在数据缺失。现有基于时间序列数据的滤波插补法对数据要求较高而难以推广,而空间插值方法在成块缺失区域效果较差。针对此问题,提出利用最优插值法,根据气象站点实测数据对插值点的贡献定权,进而实现缺失像元的插值与填充。选取宁夏回族自治区为实验区,应用植被条件反照率干旱指数(vegetation condition albdedo drought index,VCADI)反演多个时期的土壤含水量结果,结合分布在研究区的16个国家级气象台站观测数据,利用最优插值法对缺失数据进行插补,结果表明该方法对不同程度数据缺失都具有较好的效果。通过人工模拟具有成块缺失与不同缺失率的数据,对比反向距离加权插值、Kriging空间插值方法和本文方法的插补效果,验证了本文方法具有更高的插补精度。     

条件植被温度指数及其在干旱监测中的应用

应用NOAA -AVHRR数据,在用条件植被指数、条件温度指数和距平植被指数进行年度间相对干旱程度监测的基础上,提出了条件植被温度指数的概念,它适用于监测某一特定年内某一时期(如旬)区域级的相对干旱程度。条件植被温度指数的定义既考虑了区域内归一化植被指数的变化,又考虑了在归一化植被指数值相同条件下土地表面温度的变化。陕西省关中平原地区2000年3月下旬干旱的监测结果表明,条件植被温度指数能较好地监测该区域的相对干旱程度,并可用于研究干旱程度的空间变化特征,对干旱的监测结果与用土壤热惯量模型反演的土壤表层含水量的结果基本吻合。     

南京市地表参数变化与热岛效应时空分析

利用南京市1989年TM和2001年、2010年ETM+卫星遥感数据,提取了3个时期的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、改进的归一化水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、归一化建筑指数(normalized difference build-up index,NDBI)和归一化不透水面指数(normalized difference impervious surface index,NDISI)等地表参数;利用热红外波段遥感数据反演地表温度,并从时间维对比分析了3个时期各个参数的变化和产生的原因;利用回归分析方法探讨了上述地表参数变化与城市地表温度之间的关系,即地表温度与NDISI和NDBI呈正相关,与NDVI呈负相关。进一步分析表明,南京市最近20 a来不透水面和建筑面积大幅增大,植被覆盖范围减少,城市热岛效应加剧,不透水面、建筑指数与地表温度的变化趋势和城市扩张趋势一致。该研究成果对于揭示南京市热岛效应、优化土地配置和推进生态城市建设具有一定的参考意义。