基于遥感数据的宁夏地区土壤水分反演方法比较

利用MODIS产品数据MOD11A2和MOD13A2获取地表温度(TS)、昼夜温差(DST)、归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI),构建宁夏区域2005年4、7、10月逢8、18、28日TS-NDVI、TS-EVI、DST-NDVI、DST-EVI特征空间,根据TS-NDVI、TS-EVI、DST-NDVI、DST-EVI特征空间建立了温度植被干旱指数(TVDI)、温度增强植被指数型干旱指数(TEDI)、温差植被干旱指数(DTVDI)、温差增强植被指数型干旱指数(DTEDI),并以这些干旱指数作为土壤水分监测指标,反演了宁夏区域2005年4、7、10月的土壤水分.利用实测10 cm土壤水分进行相关分析,结果表明DTEDI在宁夏土壤水分反演中表现较好,DTVDI表现略好.     

基于风云微波数据的中国冬小麦区干旱监测研究

微波数据能有效克服云层影响,实现土壤水分的全天候遥感监测,但仅局限于土壤表层(0~5 cm),无法客观反映耕作层土壤的实际干旱程度。本研究采用区间划分方法,分析逐日风云微波遥感数据(FY-3C/MWRI)反演的表层土壤水分各区间临界值与对应区间基于MODIS数据得到的温度植被干旱指数(TVDI)最大值的关系,建立2015—2016年冬小麦生育期内月尺度的FY-3C/SM-TVDI模型,初步实现冬小麦主要种植区内微波遥感监测10~20 cm深度土层旱情模型。在此基础上,利用2014—2015年数据进行模型验证。结果表明,模型总体构建效果较好,大部分模拟值与真实值差异不显著(P0.05),10月模拟值较真实值显著偏低(P0.05)。     

基于神经网络算法的Sentinel-1和Sentinel-2遥感数据联合反演土壤湿度研究

以西班牙萨拉曼卡地区为研究区域,联合Sentinel-1后向散射系数和入射角信息、Sentinel-2光学数据提取的植被指数以及地面实测数据,构建了BP神经网络土壤湿度反演模型,并将该模型应用于试验区土壤湿度反演.结果 表明:1)基于Sentinel-1卫星VV和VH极化雷达后向散射系数、雷达入射角和Sentinel-...     

基于Landsat ETM+数据的白龙江流域土壤水分反演

在地形复杂、水土流失严重且地质灾害严重的白龙江流域,土壤含水量遥感监测在地质灾害监测预警研究中具有重要意义。为实时掌握白龙江流域的土壤水分含量状况,利用2013年4月的Landsat7 ETM+影像,采用温度植被干旱指数法,构建Ts-NDVI特征空间,结合野外88个实测样点土壤水分数据,建立0~60 cm土壤深度范围内3个单层(0~20 cm,20~40 cm,40~60 cm)及2个平均层(0~40 cm,0~60 cm)的土壤水分遥感反演回归模型,对比分析了白龙江流域5个深度的土壤水分的空间变化特征,并用未参与建模的16个实测土壤水分数据样点进行相应的精度验证。结果表明:3个单层中20~40 cm土壤水分反演精度相对较高,RMSE值为3.06%,2个平均层中0~40 cm反演精度最高(RMSE)为2.45%,由此说明TVDI更能稳定地反映和指示土壤中层深度(20~40 cm)的水分分布状况。     

土壤水分遥感监测研究报告

植被覆盖干扰是土壤水分遥感监测的最大难题。本文列入一个“光学植被盖度”概念来定量描述植被干扰的大小，用分解象元法将其影响排除，建立了TM数据和AVHRR数据的土壤水分遥感监测模型，取得了较好的大面积、快速、宏观遥感监测土壤水分的实用性效果。     

基于Sentinel-1 SAR数据的锡林浩特市典型草原土壤水分反演

土壤水分是影响植被生长发育的重要因子,为快速、有效了解典型草原植被生长状况及评估草原干旱灾害,以Sentinel-1合成孔径雷达(SAR)数据和地面实测数据为基础,利用雷达后向散射系数快速监测和反演锡林浩特市典型草原土壤水分并与地面实测数据进行对比。结果表明:SAR后向散射系数与实测土壤含水量存在显著相关关系,相关系数R~2达0.8;在不同地面粗糙度条件下,雷达后向散射系数与实测土壤水分相关系数达0.9。说明利用Sentinel-1 SAR数据能够快速、准确地对研究区进行土壤水分动态监测,这也将可能成为一种新的典型草原干旱监测方法。     

基于NDVI-Albedo特征空间的柴达木盆地荒漠化监测研究

荒漠化目前已成为威胁全球生态环境的主要问题，开展荒漠化监测对于荒漠化防治至关重要。基于2014—2021年植被生长季(5—9月)Suomi/NPP(National Polar-orbiting Partnership)遥感数据和柴达木盆地8个气象站点观测数据，利用NDVI-Albedo(Normalized Difference Vegetation IndexAlbedo)特征空间计算荒漠化差值指数(Desertification Difference Index,DDI)，运用自然间断法、Sen+M-K趋势分析法、相关性分析法、精度误差矩阵计算和转移矩阵计算等方法，探讨柴达木盆地植被生长季荒漠化土地时空动态演变及气象影响因素。结果表明：(1)基于NDVI-Albedo特征空间构建的DDI在柴达木盆地荒漠化监测中适用性较高，特征方程R²≥0.65，整体分类精度79.38%,Kappa系数0.62。(2)2014—2021年，柴达木盆地荒漠化程度东部、南部较低而西部、中部较高，且东部、南部部分地区DDI值以每年超过0.01的速率增大，部分地区增大显著；荒漠化土地...     

从118.75 GHz附近六通道亮温反演大气温度廓线的数值模拟研究

为了能在静止气象卫星上实现微波被动遥感探测大气温度廓线,并保持一定的地面空间分辨率(如视场小于60 km),就需要使用高频微波及大天线.欧洲和美国下一代静止气象卫星上都已考虑采用118.75 GHz附近通道.为了充分了解118.75 GHz附近通道遥感反演温度廓线的能力,为仪器研制及今后资料的解释反演提供必要的基础数据,作者开展了采用118.75 GHz附近六个通道遥感反演大气温度廓线的数值模拟研究.统计反演的数值试验表明,118.75 GHz附近六通道对温度垂直分布有一定的遥感反演能力;温度反演较好的层次对应于权重函数峰值所在的位置.     

基于地基遥感设备构建遥感探空廓线

利用天津地基遥感(风廓线雷达和微波辐射计)数据及地面自动气象站数据构建地基遥感探空廓线系统(简称遥感探空廓线),旨在弥补常规探空层结信息时空密度不足,对2020—2021年5—9月遥感探空廓线反演结果进行模式检验,并从中选取10次强对流过程进行个例效果评估。结果表明:反演数据与欧洲中期天气预报中心再分析数据(ERA5)比湿的平均绝对偏差为1.06 g·kg^-1,对流有效位能相关系数为0.84(达到0.01显著性水平)。10次强对流过程中强对流发生前临近时次常规探空对流有效位能平均值为322 J·kg^-1,遥感探空廓线具有分钟级时间分辨率,能高时效性地跟踪大气状态的演变趋势,对流发生前8 h内对流有效位能平均峰值为1451.88 J·kg^-1,与常规探空相比具备明显对流指征。研究表明:遥感探空廓线能动态描述热动力参数的配置及对流潜势的发展与释放过程,有利于提高短时临近预报的精细化水平。     

利用卫星遥感资料估算区域尺度空气温度

空气温度是地球大气系统能量和水分循环的关键参数,气象台站观测的空气温度是单点观测的,空间代表性较差,在区域尺度模型中应用还存在一些问题,作者提出了一个从卫星遥感资料直接反演空气温度的新方法。基于NOAAAVHRR资料反演的地表温度(Land Surface Temperature,T_(LS))和地面观测的空气温度(Air Temperature,T_a)的相关关系,建立了稀疏植被区域不同高程范围的空气温度遥感估算统计方法;基于NDVI和T_(LS)的梯形空间特征关系,建立了在中、高植被覆盖区域的空气温度遥感估算物理方法。经检验,稀疏植被区域空气温度反演绝对误差在1.5～1.8℃之间,中、高植被覆盖区域空气温度反演平均绝对误差为1.61℃,表明作者提出的空气温度遥感反演方法是可行的。     

阿拉善盟孪井滩地区春玉米与气象影响因子拟合度分析

基于孪井滩气象站2010—2020年气象观测资料及同时段春玉米观测及气象统计数据,分析春玉米的发育期和产量结构与气象要素的拟合度分析,结果显示：春玉米的理论产量与4月上旬平均气温和8月下旬平均气温存在很好的二项式回归关系,决定系数分别为R²=0.7444和R²=0.8128;株籽粒重与密度、乳熟期果穗粗存在很好的二项式回归关系,决定系数分别为R²=0.7119、R²=0.7140,密度大于5.17株/m²时,株籽粒重呈明显减少的趋势。所以,根据当地的天气情况合理安排春玉米田间管理,对于促进春玉米生长发育、提高产量和品质很重要。     

山东省干湿转换期土壤水分MODIS遥感监测

由于2012年春夏过渡时期山东省降水时空分布不均,前期全省大部分地区出现旱情,后期降水偏多。为及时掌握干旱分布及变化情况,利用MODIS地表温度数据(MOD11A2)和植被指数数据(MOD13A2),结合土壤水分自动站的实测数据,采用温度植被干旱指数法,构建了LST-NDVI、LSTEVI特征空间,反演了2012年6~7月山东省干湿转换期的土壤水分,分析了干旱空间分布及变化特征。结果表明:LST-NDVI特征空间反演精度为82.95%,LST-EVI特征空间反演精度为84.33%,精度提高了1.66%。前期山东省中南部、西部出现旱情并以轻旱为主,后期由于降水旱情明显缓解,干旱面积减少了65 427 km2。基于MODIS数据利用温度植被指数法在本区域进行干旱监测是可行的。     

基于遥感的土壤电阻率估算研究

以我国长江中下游的南京及其周边15个市(县)为例,采用野外测定、室内分析与遥感反演相结合的方法,开展了土壤电阻率估算研究.选用影响土壤电阻率的土壤水分、土壤温度、土壤可溶盐总量与土壤阳离子交换量等4个主要因子,遥感反演土壤水分和温度空间分布,以获取估算土壤电阻率所需要的主要参数;采用偏最小二乘二次多项式(PLSQM)模型对不同地表覆盖类型下的土壤电阻率进行估算,PLSQM估算模型的估算值与实测值的相关系数达到0.85,平均相对误差(MRE)为19.02%,均方根误差(RMSE)为7.79.结果表明,草地、农田、林地3种不同地表覆盖类型下土壤电阻率有明显差异,PLSQM模型实现了较高估算精度,具有较好的应用潜力.     

基于Radarsat-2 SAR数据反演定西裸露地表土壤水分

利用Radarsat-2 SAR数据和定西地区野外土钻法及WET仪器观测的土壤水分数据,分析了同极化后向散射系数与不同土层深度土壤水分之间的关系,采用交叉极化(VV/VH)组合模型反演土壤水分并进行对比验证。结果表明:水平、垂直同极化后向散射系数均与10~20 cm土壤含水量相关性最好,相关系数R均为0.74;受地表粗糙度和土壤质地等影响,同极化后向散射系数与0~10 cm土壤水分相关性均较低。交叉极化组合模型的反演值与10~20 cm实测土壤水分相关性较高,R值达0.75,而与0~10 cm和20~30 cm实测值的相关性较低(R值分别为0.47和0.52),但均通过α=0.05的显著性检验;WET仪器实测0~6 cm土壤水分经校正后与反演值的相关系数为0.46(通过α=0.01的显著性检验),校正后的结果有效提高了WET仪器测量精度。交叉极化组合模型可用于裸露地表土壤水分的反演,更适用于提取10~20 cm土壤含水量信息。     

青海高寒草地区曲麻莱县遥感干旱指数的适用性研究

利用2001—2016年MODIS产品数据和地面站点数据,在垂直干旱指数、归一化植被水分指数和植被状况指数与土壤水分数据相关分析基础上,筛选相关性较高的遥感干旱指数和适用时段,再结合典型干旱案例,确定青海南部典型高寒草地区曲麻莱县最优遥感干旱指数和适用时段,构建牧草生育期土壤水分估算模型,并再现2015年夏旱事件。结果表明:植被状况指数比较适合曲麻莱县夏旱监测,依据百分位法划分的土壤干旱分布区域与牧草长势较差的分布区域基本一致,旱情空间演变趋势与实际情况相符。该模型及基于百分位法的旱情评价方法能较好地满足日常干旱监测业务需求。     

贵州喀斯特山区的NDVI-Ts特征及其干旱监测应用研究

温度植被干旱指数(TVDI)同时考虑了陆面温度和植被指数对遥感干旱监测的影响,综合了两者的长处,有效地减小了植被覆盖度的影响,提高了遥感干旱监测的准确性。陆面温度的反演以普朗克辐射函数为基础,运用地表比辐射率使之转换为灰体辐射。提取植被指数对应的最高陆面温度和最低陆面温度构成NDVI-Ts空间,进而得到TVDI。文章应用对地观测卫星(EOS)的MODIS遥感资料,分析并揭示了贵州复杂山区独特的NDVI-Ts空间的形态特征,并用于检验贵州2006年7月25日和2007年8月19日土壤表层干旱情况,同时与当地气象站土壤湿度观测数据进行定量验证,表明TVDI与土壤湿度显著相关。由于EOS/MODIS遥感资料的高时间分辨率、高光谱分辨率和适中的空间分辨率特性,使得该方法适宜于大区域复杂地形的干旱检测与预警。     

利用ASTER数据反演珠峰地区地表特征参数

利用2006-2011年9景ASTER遥感影像计算了青藏高原珠穆朗玛峰地区的地表特征参数(地表反照率、地表温度、归一化植被指数、植被覆盖度),并对地表反照率和地表温度反演结果进行了验证。结果表明:地表反照率和地表温度的反演结果与观测值较为一致,能够作为陆面过程模式的输入数据;反演得到的植被指数能够较好的代表珠峰地区的地表植被特征;所有的反演算法和结果仅依赖于遥感数据,表明在资料缺乏地区利用卫星遥感技术是获取地表特征参数的有效手段。     

NPP-VIIRS卫星在西藏植被监测中的应用研究

基于GIS空间分析和数学统计方法,利用TERRA、AQUA和NPP-VIIRS卫星数据反演了西藏日土县植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）,并对不同卫星传感器反演结果的一致性进行了检验评估。结果表明:NPP-VIIRS卫星反演的NDVI值略大于TERRA和AQUA的反演值,其估算结果与MODIS卫星估算值存在较好的相关性。NPP-VIIRS卫星可以用于西藏高原植被长势监测工作,为西藏生态文明高地建设提供更加丰富的遥感数据支撑。      

混合像元对遥感干旱指数监测能力的影响

混合像元是卫星遥感中常见的现象,也是影响卫星遥感地表参数精度的重要因子。为了解不同植被盖度的混合像元对遥感干旱指数监测能力的影响,利用一次陇东黄土高原卫星—地面准同步的观测数据,以常用的垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)为例,研究不同植被盖度下混合像元对PDI监测表层含水量能力的影响,提出了一个考虑混合像元的表层含水量(SMsur),并在此基础上建立表层含水量的遥感监测模型。结果表明:(1)在不考虑混合像元的情况下,PDI与裸土和植被区表层土壤含水量的相关系数(R2)最高分别为0.5、0.05;(2)考虑混合像元后,PDI与SMsur相关性较好,相关系数(R2)最高达0.6,说明在遥感指数监测能力评估中考虑混合像元问题,可以更加准确地衡量遥感干旱指数在研究区的适用性及监测效果;(3)基于PDI建立的模型反演研究区表层含水量与考虑混合像元的SMsur接近,可以反映不同植被盖度下地表的水分状况,相关系数(R2)达到0.85,相对偏差低于8.0%,均方根误差最小达到2.17%。模型估算的研究区SMsur区域分布特征与实地考察结果基本一致,植被覆盖浓密的农田湿度最大,SMsur最高可达到30%以上。     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.84,均方根误差分别为0.064和0.071 cm³/cm³;对于植被光学厚度,2018年与2020年的相关系数均为0.98,均方根误差分别为0.079和0.084.研究结果表明,CyGNSS可作为一种新型且独立的泛热带土壤水分与植被光学厚度反演手段.