干旱监测遥感支持系统的设计与实现

主要介绍了干旱监测遥感支持系统的设计和实现,说明了系统的整体框架结构及其所具备的通用性、可扩展性等特点。为了实现系统的可扩展性,根据COM原理,遥感支持系统开发了一个特别接口,用户可以借此向系统中添加自己开发的其他功能模块,或新的文件格式驱动。此外还着重介绍了垂直干旱指数的计算原理和程序实现算法,并结合宁夏试验区的实际应用对监测结果进行了展示。文中重点介绍了利用C＋＋语言实现垂直干旱指数（PDI）的详细步骤,并对其中寻找土壤点和内存管理等关键算法进行了细致分析。     

基于MODIS的区域动态干旱监测方法

以辽宁省2009年夏季的干旱情况为例,利用多时相、多光谱的MODIS数据信息,结合地面实测气象信息与水文信息对旱情监测进行了研究,根据具体区域的实际情况,动态选择遥感指数及模型参数,实现了利用遥感数据对大范围区域的动态干旱监测。     

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。     

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,TSWDI指数相对其他两个指数与10、20和50 cm深处的土壤水分相关性更高,能够更精准地反映农业干旱状况。TSWDI计算结果显示,京津冀干旱分布具有如下特征:从时间角度看,2006—2016年整体干旱状况逐渐缓解,特别是自2010年至今,研究区域干旱程度逐步减轻;从空间角度看,京津冀区域整体干旱面积逐步减少。     

基于TVDI的湖南省干旱监测分析

利用归一化植被指数(NDVI)与地表温度(LST)构建温度植被干旱指数(TVDI)。结合湖南省地形特征对TVDI拟合结果进行高程订正,能较好地反映旱情演变规律。将处理结果划分为5个等级,湖南省存在不同程度的干旱问题,直到8月份旱情开始有缓解趋势,但干旱问题一直存在。通过插值得到的同一时期标准化降水指数对结果进行验证发现,该模型具有一定的可靠性,对于湖南省干旱监测和趋势演变具有较好的指示作用,可为湖南省旱情的预警监测提供参考。     

基于TRMM降雨数据的中国黄淮海地区干旱监测分析

热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的降雨数据覆盖范围广,时间分辨率高,是区域干旱监测的一种有效数据源。将0.25°空间分辨率的TRMM 3B43数据降尺度处理成0.05°空间分辨率数据,用以构建降水量距平百分率(Pa指数)和Z指数,对黄淮海地区2010年冬季到2011年春季的干旱时空演化特征进行监测与分析,并计算同期的标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI)对监测结果进行验证。研究结果表明,降尺度数据具有较高的可靠性,与实测数据的拟合结果 R20.76;Pa指数突出降水盈亏程度,能够有效监测区域尺度干旱,但缺乏空间分布规律;Z指数以Person-Ⅲ型分布拟合降水量,能够很好地监测干旱的时空演化特征,但干旱等级划分相对困难;利用Pa指数对Z指数干旱等级划分进行修正,其结果与SPI相关程度R20.75,表明Pa和Z指数用于干旱监测的有效性,为区域尺度干旱监测提供了一种切实可行的方法。     

GRACE与GRACE Follow-On重力卫星数据揭示出的黄河流域2002—2020年干旱特征

研究黄河流域干旱时空变化特征,对认知黄河流域水资源演化规律具有重要意义。本文充分利用GRACE(gravity recovery and climate experiment)与GRACE-FO(GRACE Follow-On)重力卫星在大尺度范围下监测水文信息变化中的优势,基于2002年4月至2020年7月GRACE和GRACE-FO RL06 Mascon数据,计算了黄河流域陆地水储量异常(terrestrial water storage anomaly, TWSA)及对应的水储量亏损赤字(water storage deficit index, WSDI),据此分析了黄河流域上游、中下游干旱事件及其严重性、干旱持续时间、平均与最大水储量赤字等干旱特征,并与其他4种常用干旱指数,标准降水蒸散发指数(standardized precipitation evaporation index, SPEI)、自矫正帕尔默干旱指数(self correct-Palmer drought severity index, sc-PDSI)、标准化降水指数(standardized precip...     

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。     

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。     

FY-3A MERSI数据干旱监测能力评价

对FY-3A MERSI数据进行辐射定标、几何定位预处理,与同期MODIS数据预处理结果进行对比;选用温度植被干旱指数法对两种数据进行监测,分析了监测结果的相对精度。实验结果表明,FY-3A MERSI数据的干旱监测结果精度与MODIS数据基本一致,且在空间分辨率及光谱分辨率方面有较大的提高。     

微波植被指数在干旱监测中的应用

在植被覆盖区域,归一化植被指数(NDVI)被广泛地应用于干旱遥感监测。和基于光学遥感的植被指数相比,Shi等提出的微波植被指数MVI(Microwave Vegetation Index)被证实能够反映更多的植被生长信息。本文以MVI为基础,利用MVI代替目前比较成熟的温度植被指数TVDI(Temperature Vegetation Index)中的NDVI,构建温度微波植被干旱指数TMVDI(Temperature Microwave Vegetation Index),发展了一种新的干旱监测方法。本文以2006年夏季四川省发生的百年难遇的干旱为研究对象,将基于TMVDI与TVDI的干旱监测结果进行了对比分析。最后,为评估监测结果的准确性,将遥感监测的结果与基于气象站点降雨观测数据构建的标准降雨指数SPI(Standardized Precipitation Index)的计算结果进行了对比分析。结果表明,利用低频降轨微波辐射计数据计算的T MVDI最适合于进行植被覆盖区域的干旱监测。     

基于InSAR技术和光学遥感的贵州省滑坡早期识别与监测

贵州省因其复杂的地形地貌和强降水等气候特征,滑坡灾害频繁发生。亟需一种可靠的滑坡早期识别和监测方法。传统的滑坡识别和监测方法存在局限性,而InSAR技术在大规模地质灾害监测中具有独特的优势。但是,基于单一地表形变值的滑坡识别结果存在一定的不确定性。因此,本文联合InSAR技术和光学遥感,利用Sentinel-1A雷达卫星影像数据对贵州省六盘水市、铜仁市、贵阳市等地区进行大规模地表形变监测和危险形变区识别;并采用基于NDVI时间序列分析和基于滑坡发育要素的滑坡识别方法对研究区潜在滑坡灾害进行调查。利用InSAR技术对研究区域内重点滑坡（鸡场镇）进行监测,及时掌握滑坡的运动状态。本文方法对贵州省的灾害防治和管理具有重要意义。     

Establishing and assessing the Integrated Surface Drought Index (ISDI) for agricultural drought monitoring in mid-eastern China

Accurately monitoring the temporal, spatial distribution and severity of agricultural drought is an effective means to reduce the farmers’ losses. Based on the concept of the new drought index called VegDRI, this paper established a new method, named the Integrated Surface Drought Index (ISDI). In this method, the Palmer Drought Severity Index (PDSI) was selected as the dependent variable; for the independent variables, 12 different combinations of 14 factors were examined, including the traditional climate-based drought indicators, satellite-derived vegetation indices, and other biophysical variables. The final model was established by fully describing drought properties with the smaller average error (relative error) and larger correlation coefficients. The ISDI can be used not only to monitor the main drought features, including precipitation anomalies and vegetation growth conditions but also to indicate the earth surface thermal and water content properties by incorporating temperature information. Then, the ISDI was used for drought monitoring from 2000 to 2009 in mid-eastern China. The results for 2006 (a typical dry year) demonstrate the effectiveness and capability of the ISDI for monitoring drought on both the large and the local scales. Additionally, the multiyear ISDI monitoring results were compared with the actual drought intensity using the agro-meteorological disaster data recorded at the agro-meteorological sites. The investigation results indicated that the ISDI confers advantages in the accuracy and spatial resolution for monitoring drought and has significant potential for drought identification in China.     

PDI与MPDI在内蒙古干旱监测中的应用和比较

以内蒙古明安镇为试验区,基于TM遥感影像对PDI和MPDI两种干旱监测方法进行了应用、验证和比较。试验表明,PDI、MPDI与植被覆盖区实测土壤含水量的相关系数的平方分别为0.37、0.535 5,这两种指数在试验区进行干旱监测具有一定的可行性,且MPDI的监测精度高于PDI。此外,通过整个试验区PDI和MPDI空间分布格局的比较以及这两种指数值与植被覆盖区实测土壤含水量的对比分析,发现在整个试验区,两者的监测结果基本一致,但在植被覆盖区,MPDI的干旱监测效果要明显好于PDI,这主要是因为MPDI考虑了植被覆盖的影响。     

阜新地区干旱监测研究

选定温度植被干旱指数法建立阜新地区干旱监测模型。通过参数的确定,得到温度植被干旱指数,再通过阜新地区的气象站点地面实测土壤含水量数据,建立温度植被干旱指数-土壤含水量（ TVDI-SWC ）经验模型。通过回归分析以及2007年预测分析的实验数据表明, TVDI-SWC模型适用于阜新地区早春的干旱监测,可以使用该方法来实现对阜新地区的整体旱情状况快速,准确的评估。     

Comparison of three remotely sensed drought indices for assessing the impact of drought on winter wheat yield

ABSTRACT

Agricultural drought threatens food security. Numerous remote-sensing drought indices have been developed, but their different principles, assumptions and physical quantities make it necessary to compare their suitability for drought monitoring over large areas. Here, we analyzed the performance of three typical remote sensing-based drought indices for monitoring agricultural drought in two major agricultural production regions in Shaanxi and Henan provinces, northern China (predominantly rain-fed and irrigated agriculture, respectively): vegetation health index (VHI), temperature vegetation dryness index (TVDI) and drought severity index (DSI). We compared the agreement between these indices and the standardized precipitation index (SPI), soil moisture, winter wheat yield and National Meteorological Drought Monitoring (NMDM) maps. On average, DSI outperformed the other indices, with stronger correlations with SPI and soil moisture. DSI also corresponded better with soil moisture and NMDM maps. The jointing and grain-filling stages of winter wheat are more sensitive to water stress, indicating that winter wheat required more water during these stages. Moreover, the correlations between the drought indices and SPI, soil moisture, and winter wheat yield were generally stronger in Shaanxi province than in Henan province, suggesting that remote-sensing drought indices provide more accurate predictions of the impacts of drought in predominantly rain-fed agricultural areas.     

广东省农业旱灾遥感监测

研究了基于遥感与GIS的广东省农业旱灾遥感监测方法,建立了农业旱情遥感监测评估模型。该模型结合MODIS遥感数据、地面气象观测资料以及当地基础地理信息系统数据,分析评价了2006年5~10月广东省每旬的农业旱情发展变化过程,结果与2006年广东农业旱情发展变化趋势吻合程度很好,表明这一监测方法能够用来有效地监测评价广东省农业旱情发展时空变化。     

MODIS干旱监测模型各参数权值分析

以湖北省2003年6、7月份的数据作为试验数据,MODIS干旱监测模型采用最大连续有云天数、最大 连续无云天数、无云百分比和昼夜温差,并分析各参数的显著性和独立性以及对干旱监测的贡献程度,从而确定 各参数在模型中的影响权。结果验证了各参数的显著性和独立性,在没有地面数据验证的情况下,可认为其在 模型中近似等权;利用最大连续有云天数、最大连续无云天数、无云百分比和昼夜温差就能很好地监测旱情。