顾及空间非平稳特征的遥感干旱监测

遥感技术具备实时快速、时空连续、广覆盖尺度等独特优势,在全球气候恶化大背景下,利用遥感干旱监测方法相比于传统地面监测手段,能够提供实时、准确、稳定的旱情信息,辅助科学决策。目前常用遥感旱情监测方法大多依赖全域性数学模型建模,假定了旱情模式的空间平稳特性,因而难以准确反映旱情模式的局部差异特征。本文提出利用地理加权回归模型GWR (Geographically Weighted Regression),考虑旱情模式的空间非平稳特性,综合多种遥感地面旱情监测指数,以实现传统全域旱情监测模型的局部优化。以美国大陆为研究区,监测2002年—2011年共10年的旱情状态。研究表明,GWR模型能够提供空间变化的局部最佳估计模型参数,监测结果更加吻合标准美国旱情监测USDM (U.S Drought Monitor)验证数据,且与地面实测值的最高相关系数R达到0.8552,均方根误差RMSE达到0.972,显著优于其他遥感旱情监测模型。GWR模型具备空间非平稳探测优势,实现了旱情模式的局部精细探测,能够显著提升遥感旱情监测精度,具备较好的应用前景。     

旱情遥感监测研究进展与应用案例分析

在大范围、长时序的旱情监测中,遥感技术以其快速、经济和大空间范围获取的特点,弥补了基于台站气象数据旱情监测的不足,为防旱和抗旱决策提供了实时、动态、宏观的辅助决策数据。本文对已有旱情遥感监测方法进行分析和整理,将其总结为基于土壤热惯量、基于土壤波谱特征、基于蒸散模型和基于植被指数的旱情监测方法,并对各类方法从监测原理、适用范围和应用进展等方面进行了阐述。在此基础之上,详细介绍一种结合了全球植被水分指数和短波角度归一化指数的优势建立的旱情遥感监测模型和方法。以2010年春季西南地区旱情为应用案例,从监测模型方法、数据处理流程和应用分析等方面,介绍一种基于植被水分指数的旱情监测方法,并对其监测结果进行统计分析与评价。     

基于遥感技术的河南省农业旱情监测研究

干旱的发生不仅影响农业生产,还极大地破坏了生态环境。遥感技术宏观、客观、迅速和廉价的优势及其近年来的飞速发展,为旱情监测开辟了一条新途径。利用RS、GIS、GPS技术,使用MODIS卫星的归一化植被指数（ NDVI）数据、地表温度（ LST）数据和水文气象数据,结合当前旱情监测模型,以植被指数和地表温度为依托,建立了适合河南省的农业旱情遥感监测模型。     

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。     

在GIS支持下用NOAA/AVHRR数据进行旱情监测

旱灾是影响农作物生产的一种重大自然灾害,它对中国北方春小麦生产的影响极大。本文介绍了一个应用遥感、ＧＩＳ技术对黄淮海平原春小麦的旱情进行监测的系统及其方法。它综合使用的ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ数据、地面气象资料和地图,选用作物缺水指数（ＣＷＳＩ）模型和热惯理模型对旱情进行监测。监测结果分别用分县的旱情等级分布图和相应不同等级的旱情面积、面积比例数统计表来表示。该系统自１９９４年起投入运行３年,监测结果     

时序数据分析下的生态环境变化监测与发展趋势预测

生态环境监测与发展趋势预测已经成为城镇可持续发展关注的重点问题之一,对于平衡生态环境与城镇化发展具有重要意义。鉴于传统生态环境评价方法难以体现其客观性及有效性,本文基于长时序卫星遥感图像数据应用于生态环境变化评估的优势,结合遥感生态指数与卷积神经网络模型评价乌鲁木齐的生态环境时空变化并预测未来发展趋势。     

空天地一体化智慧农业服务与管理平台

空天地一体化智慧农业服务与管理平台融合北斗定位技术和高分遥感技术,通过实时接收北斗定位数据和定时接收卫星遥感数据,实现农作物的长势监测、病虫害和气象灾害监测、农业旱情监测和灌溉用水管理等应用,从而为农作物估产、病虫害预防、水肥药的变量喷施提供决策。     

基于RS和GIS的杭州市旱情监测系统设计

基于Windows服务实现水文、气象、墒情、遥感等旱情监测数据统一管理。利用数据诊断、地面监测、数据同化、遥感解译等技术,采用C/S结构建立土壤墒情监测、旱情分析系统,模拟区域旱情分布、发展趋势等,应甩WebGIS技术建立信息公共服务平台,实现信息的实时在线查询和发布。     

全国干旱遥感监测运行系统的研制

该研究利用1981－1994的NOAA AVHRR 8km分辨率的NDVI资料，以及对应时段全国102个固定农业观测站的20cm深的土壤湿度资料，建立了植被状态指数（VCI）与土壤湿度之间的统计模型，由土壤湿度旱情等级标准来换算出每旬用VCI进行干旱监测的旱情等级标准，以确定出全国的旬旱情分布状况，在此工作的基础上建成了“全国干旱遥感则运行系统”，该运行系统使遥感手段监测全国干旱成为可能，将能提供每年3－9月每旬全国的干旱监测情况，为国家有关决策部门提供干旱减灾的决策依据。     

基于高分辨率影像的江北区土地利用变化监测

以2005年和2006年两期SPOT影像,结合06年土地利用变更调查成果,进行宁波市江北区的土地利用变化监测研究。本文重点介绍了直接影响土地利用变化信息提取精度的遥感影像几何校正和相对辐射校正方法,在对遥感影像数据处理基础上,叠加土地利用现状数据,以人机交互的方式进行土地利用变化信息的提取,通过对监测结果的分析,验证了利用高分辨率影像实现土地利用变化监测的可行性。     

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GRACE与降水的干旱研究分析

针对干旱问题,采用GRACE重力卫星数据进行反演监测,并对该技术在监测应用中的问题进行了研究.以陕西省与四川省为例,分析了陆地总水储量及降水对干旱的影响,采用基于两者相结合进行计算的干旱指数来检测干旱的发生,并与实际干旱情况及其他干旱指数进行对比,结果表明:该指数能够较好地检测出实际干旱事件且与其他干旱指数有较强的相关...     

Developing a satellite-based combined drought indicator to monitor agricultural drought: a case study for Ethiopia

Developing a robust drought monitoring tool is vital to mitigate the adverse impacts of drought. A drought monitoring system that integrates multiple agrometeorological variables into a single drought indicator is lacking in areas such as Ethiopia, which is extremely susceptible to this natural hazard. The overarching goal of this study is to develop a combined drought indicator (CDI-E) to monitor the spatial and temporal extents of historic agricultural drought events in Ethiopia. The CDI-E was developed by combining four satellite-based agrometeorological input parameters – the Standardized Precipitation Index (SPI), Land Surface Temperature (LST) anomaly, Standardized Normalized Difference Vegetation Index (stdNDVI) and Soil Moisture (SM) anomaly – for the period from 2001 to 2015. The method used to combine these indices is based on a quantitative approach that assigns a weight to each input parameter using Principal Component Analysis (PCA). The CDI-E results were evaluated using satellite-based gridded rainfall (3-month SPI) and crop yield data for 36 intra-country crop growing zones for a 15-year period (2001 to 2015). The evaluation was carried out for the main rainfall season, Kiremt (June-September), and the short rainfall season, Belg (February-May). The results showed that moderate to severe droughts were detected by the CDI-E across the food insecure regions reported by FEWS NET during Kiremt and Belg rainfall seasons. Relatively higher correlation coefficient values (r > 0.65) were obtained when CDI-E was compared with the 3-month SPI across the majority of Ethiopia. The spatial correlation analyses of CDI-E and cereal crop yields showed relatively good correlations (r > 0.5) in some of the crop growing zones in the northern, eastern and southwestern parts of the country. The CDI-E generally mapped the spatial and temporal patterns of historic drought and non-drought years and hence the CDI-E could potentially be used to develop an agricultural drought monitoring and early warning system in Ethiopia. Moreover, decision makers and donors may potentially use CDI-E to more accurately monitor crop yields across the food-insecure regions in Ethiopia.     

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.     

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。     

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.     

广东省特色农作物标准波谱数据库框架设计与示范应用

本研究着眼于广东省典型特色农作物的波谱，建立了波谱数据库，该库分为知识库、遥感实测波谱库、模型库、波谱分析和 荔枝园示范5大部分。 在波谱分析模块设计上提供了波谱数据查询、分析等功能，通过对荔枝园种植面积应用示范，给用户提供了极 大方便。     

数字高程模型DEM的更新在土地利用动态监测的应用

土地利用信息动态监测是我国国土资源信息化建设的一个重要组成部分,也是广东省国土资源管理工作中一项基础性工作.广东省的土地利用动态遥感监测从2004年开始,每年开展一次,至2008年全面建立土地利用动态遥感监测体系.而每一年的土地利用动态监测工作的完成都有严格的时效性,使得生产单位对数据生产的效率、效益和质量必须作为一个重要的因素来进行考虑.数字高程模型DEM的更新应用在土地利用动态监测上,是各工序进行有效衔接和保证产品最终质量的必要前提.结合工作实践,以数字高程模型DEM如何利用其他3D数据(数字线划图DLG、数字正射影像图DOM、数字栅格地图DRG)或旧DEM数据的更新,为土地利用动态监测的工作提供重要的基础资料,从而保证产品的时效性和质量.     

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。