农业旱灾监测中的地表温度遥感反演方法--以MODIS数据为例

以目前农业旱灾监测中应用较广泛的多波段MODIS卫星遥感数据为例,探讨农业旱灾遥感监测中所需要的地表温度反演问题,尤其是反演算法的选择、基本参数的估计和具体反演中的工作流程,为快速地进行农业旱灾监测中的水热遥感参数估计提供方法选择.虽然MODIS有8个热红外波段用来监测地表热量变化,但波段31和32特别适用于农业旱灾监测中所需要的地表温度遥感反演.因此,在算法上,我们将选择计算过程相对简便但反演精度又很高的两因素分裂窗算法.详细地讨论了如何快速地估计分裂窗算法中大气透过率和地表比辐射率这两个基本参数.从实际应用来看,本文所提出的方法能快速地用来反演我国农业旱灾监测中所需要的农田地表温度参数,并获得很好的反演结果.     

基于遥感参数特征空间的福建省干旱监测

归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)是描述地表特征的两个重要参数,通过新型的MODIS卫星数据反演得到NDVI和LST,采用基于NDVI-IST特征空间的条件植被温度指数(VTCI)模型,对2001-2002年福建省发生的严重秋冬春连续干旱灾害进行了监测验证,并利用气象观测数据对VTCI模型临测结果进行了分析.研究结果表明:VTCI模型能够真实地反映地表水分供应状况,能较好地反映区域旱情分布和旱情发展过程,VTCI值越小表示干旱灾害越严重.当旬的VTCI平均值与前一旬的降水量有着较高的相关性,利用VTCI模型能够近实时进行干旱监测,具有较高的业务化应用前景.     

潜在森林火险评估方法研究——以山东省为例

森林火险图在森林火灾管理和研究(瞭望塔、风险评估和其它各种仿真研究)中扮演着至关重要的角色,在充分考虑导致火灾的因素(常量和变量)着火可能性基础上,利用遥感(RS)数据获取速度快、面积大和地理信息系统(GIS)空间分析特点生成静态和动态指数构成集成火险指数。静态火险指数将多年近地面平均气温、多年近地面空气比湿、植被类型、植被覆盖度、海拔、坡度、坡向、距居民地距离、距道路距离、人口素质等引起火灾最为重要的10个因素作为研究因子;动态火险指数利用美国潜在火险指数模型,利用MODIS数据波段多、反演数据强的特点,获取了地表温度、大气湿度、植被湿度等数据得到死、活可燃物湿度。通过2011年132个火点的验证,火点处的集成火险指数值在非常高以上占了82.6%,说明了集成火险指数在潜在火险应用方面的价值。     

基于Landsat 8数据和温度-植被指数的干旱监测

结合Landsat 8数据特征提高遥感反演土壤水分的精度,对旱灾的监测具有重要意义。主要是利用Landsat 8数据,基于植被指数(NDVI)-地表温度(T_s)特征空间理论,通过对植被指数和"干边"的修订,分别计算温度植被干旱指数(TVDI)、干边修订的改进型温度植被干旱指数(MDTVDI);并结合当地气象数据、野外实测土壤水分数据,对计算结果进行了对比。结果表明:在使用Landsat 8OLI和TIRS数据时,TVDI,MDTVDI与地表土壤水分线性相关显著(α=0.05),两者都能表征地表的干旱分布情况;同时,MDTVDI与实测土壤水分的相关性和反演的土壤水分精度略高于TVDI,因此MDTVDI能够更好地反映区域土壤水分状况,更适于区域干旱监测。     

基于MODIS产品LST/NDVI/EVI的陕西旱情监测

以陕西省为研究区域,利用2005年4月的MODIS月合成产品数据MODIS11C3和MO-DIS13C3获取的归一化植被指数NDVI、增强型植被指数EVI和陆地表面温度LST,分别构建TS-NDVI和TS-EVI特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数TVDI和旱情等级的空间分布图,以监测评价陕西的旱情,同时将两者进行比较,最后结合94个气象站的气温和降水距平进行了相关性分析。结果表明:利用条件温度植被干旱指数进行陕西省旱情监测,能够较好反映当地旱情。根据地表温度以及增强植被指数之间的关系建立的旱情监测模型与降水距平的线性相关显著,相关系数为0.537,通过了0.05水平的检验。     

杭州城市热岛空间分布及缓减对策

以夏季的杭州市为例,利用Landsat 5 TM热红外遥感数据提取并反演了杭州市地表的覆盖类型与地表温度,通过热场分级分析和剖面分析的方法,对杭州城市尺度下热岛的空间分布特征进行了分析,并揭示了杭州热岛的分布格局与城市用地类型、功能布局之间的空间对应关系,从城市用地类型的演化、城市空间格局的改变、城市用地布局的合理性以及人为热排放等方面剖析了杭州城市热岛的产生与影响机理.最后,从城市规划视角提出了合理控制城市用地扩展、构建开敞的城市生态空间、优化城市用地功能布局以及开展城市下垫面规划设计等城市热岛缓减对策,供未来杭州城市热环境改善工作参考.     

广西喀斯特干旱农业区干旱遥感监测模型研究

广西中部喀斯特平原区是广西重要的粮食生产基地,但旱灾已成为该地区经济发展的障碍.利用EOS/MODIS数据,采用植被状态指数(IVC)和温度条件指数(ITC),构建了干旱指数ID的遥感监测模型, 统计分析了ID与农业受旱率的相关系数,从而确定了模型中各参数的权重系数.将该模型应用于2005年秋旱监测,经与旱情实况及前人研究成果进行对比分析,验证了干旱指数ID的有效性.通过对ID随ITC和IVC变化的敏感性评价,结果表明,ITC和IVC都能反映旱情变化,但ITC反映旱情的敏感性高于IVC,以ITC和IVC为因子构建的干旱遥感监测模型适用于广西中部喀斯特干旱农业区的旱情遥感监测.     

应用NOAA/AVHRR资料监测土壤水分和干旱面积

利用气象卫星资料监测土壤水分及估算干旱面积的研究方法已有很多,但监测精度还有待提高。通过利用近地面温度日较差实测资料,对气象卫星反演地表温度日较差进行了订正,使得热惯量计算值更接近实际。利用订正后的卫星反演地表温度日较差计算的热惯量与地面农田实测土壤绝对湿度进行回归分析,发现0~30cm土壤水分实测值与热惯量的相关显著,50cm以下不能通过显著性检验。在GIS平台的支持下,对2004年初夏发生的干旱进行了监测,监测结果精度较高,并为干旱灾害的进一步评估打下坚实的基础。     

基于MODIS数据的云降水估计方法

利用卫星遥感资料定量估计降水及其区域分布对强降水等灾害性天气监测具有十分重要的意义,还可弥补常规气象观测的不足,提供更为丰富的降水信息。(1)利用MODIS卫星的可见光、近红外、短红外、中红外和热红外波段数据,采用云指数法和多光谱综合法对云类型进行了判识,有效地分类出云和冰雪、卷云、水云和高、中、低云。(2)在云分类的基础上定量反演了各类云参数,包括云顶亮温梯度、云顶亮温最小值面积变化、不同量级的云顶亮温面积及变化趋势、对流云的核心位置判别、亮温方差和大气中的水汽含量等因子参数,结合地面实测降水数据和地表高程数据,建立了降雨的强度的定量估计模式。(3)通过对2007年7月16-18日、26-29日的新疆大降水过程进行降水估计,并对估计值与区域站地面实时观测降水值作了比较,结果显示相对误差为31.97%,均方根误差为2.31 mm。降水量级的定量误差在±3 mm以内的占66%,±5 mm以内的占86%。因此,该模式具有较好的降水估计效果。     

南京城区近地表不同地面覆盖层热岛效应观测与分析

在2008年7月27～28日南京城郊14个观测点温湿度观测数据的基础上,对南京城区、环玄武湖区和郊区的水泥地面、草地以及地面以上80cm高程近地表处的大气温湿度日变化规律、热岛效应和干岛效应强度进行了分析。结果表明:①南京城区近地表的热岛效应十分明显,城郊最大日平均温差:水泥地为3.1°C,大气为1.9°C,草地为1.2°C;②环玄武湖区水泥地的热岛效应明显,但近地表的大气和草地的热岛效应几乎不存在;③城区干岛效应明显,城区湿度比郊区明显要小,其中水泥地的平均湿度差最大,达到-14.1%;④城区湿度与温度呈相反的日变化规律,且湿度的变化主要取决于大气的温度变化;⑤南京城区雨花台、新街口、南汽和夫子庙等地的热岛效应较强,城市中的湖泊和草地对缓解城市热岛效应有显著的作用,而城市中的水泥地面对城市热岛效应起到明显的加剧作用,长江对城西地区的热岛效应起到消解作用。     

广东2010年5月一周两次暴雨过程的对比分析

2010年5月中旬,广东省在一周之内连续遭受了两次区域性暴雨过程,其频次之高、雨量之多、强度之大为历史同期所少有。对这两次暴雨过程从水汽输送、动力结构、大气稳定度和雷达特征等方面进行了对比分析。结果表明:两次暴雨过程的环流形势及影响系统不同,水汽输送和辐合强弱与暴雨范围有密切关系,降水强度不但受大气不稳定度影响,动力触发更可能是引发强降水的关键因素;产生暴雨的飑线通过吸收合并其移动前方和沿近地层辐合带新生单体得以维持和发展,飑线上的HP型超级单体是产生降水峰值的主要载体。     

2008-2009年中国北方干旱遥感动态监测

干旱是威胁我国及世界农业发展的自然灾害之一,利用遥感技术进行干旱监测与评估已成为一种重要而有效的手段。2008年10月至2009年2月,我国北方地区出现了大面积的持续干旱,给冬小麦的生长造成了严重的影响。基于2000年至2009年Terra卫星MODIS传感器8天合成的地表反射率数据,结合地面实测土壤水分和实地调研数据,利用距平植被指数(AVI)和距平水分指数(AWI)对我国北方冬小麦主产区的干旱程度进行了分级,对干旱的发生、发展和时空变化情况进行了连续监测,得到了该时期的旱情分布结果:2008年10月份以后旱情逐渐加重,2009年1月下旬各地旱情达到了最严重的程度。研究表明,AWI对干旱的反应比AVI敏感而且准确。     

嫩江下游土地沙化的时空变化——基于MODIS数据的遥感分析

以2000,2004和2008年的MODIS数据为主要数据源,以嫩江流域下游为研究对象,在Arc-GIS9.0和ERDAS IMAGE9.0等软件支持下,建立沙化模型,并对沙化进行了信息提取与分析;借助ArcGIS强大的空间分析功能,完成了土地沙漠化的定量分析及其时空变化规律,在此基础上进一步探讨了土地沙化的过程、机理和成因.结果表明:研究区域沙漠化土地以轻度和中度沙漠化土地为主;重度和极重度沙漠化土地的年增长率较大,水域的年减少率最大;重度、极重度沙漠化土地主要向较低等级的沙漠化土地和水域转变,呈现一定的逆转移.     

城市地下工程建设中的环境工程地质问题--预防与控制

近年来,为了缓解城市用地矛盾,已开始大规模地开发利用地下空间,由此引起的环境工程地质问题也日趋严重,因此,加强城市地下工程建设的环境工程地质研究,有重要理论与实际意义.分析了城市地下工程建设中引起或遇到的地面变形、洞室围岩失稳、地下水环境变异和地质生态环境恶化等环境工程地质问题,研究了城市地下工程建设环境工程地质研究应解决的关键问题,提出了城市地下工程建设环境工程地质问题的预防途径和措施.     

高泥沙含量洪水的MODIS遥感识别

2003年9月,渭河流域发生了严重的洪涝灾害,洪水泥沙含量高达486kg/m 3.准确地对泥沙含量极高的洪水及其淹没区进行快速识别是利用MODIS遥感资料成功进行渭河洪涝灾害监测的关键.通过对洪水及其淹没区MODIS图像的剖面光谱分析认为,在MODIS的1～7通道中,进行洪水识别的最佳通道依此是2、5和6通道;植被指数法和假彩色合成是提取高泥沙含量洪水及其淹没区域的有效方法.     

淮河流域旱涝易发区农田的陆气相互作用——CO_2通量、能量交换和水汽输送的季节变化特征

利用淮河流域旱涝易发区的安徽省寿县农田下垫面陆气相互作用观测试验资料,重点分析观测期内CO2通量、能量交换和水汽输送的季节变化,并讨论了与此有关的辐射分量通量、下垫面反射率、波恩比、能量闭合守恒、土壤温度和土壤湿度的季节变化。结果表明:CO2通量、能量分配受地表农作物长势影响明显,其中,水稻灌浆、成熟期,被稻田吸收的CO2通量最大可超过2 mg.m-2.s-1,潜热通量达到正的极大值。稻田光合作用最旺盛时期吸收的CO2通量和释放的潜热通量均大于小麦田光合作用最旺盛时期的对应量。较大土壤热通量对应于较低的土壤水含量。试验观测期的下垫面平均反射率为0.14。作物生长期,稻田表面潜热是下垫面吸收能量的主要消费者,小麦田表面潜热和感热相当。能量闭合率ε的变化范围为0.4~1。     

基于MODIS和GIS的洪水识别及淹没区土地利用信息的提取

介绍了MODIS数据晴空和薄云下水体的有效识别算法——CH2/CH1比值方案,并应用于2007年淮河流域大洪水事件,选取泄洪前、泄洪期和退水期3时相的MODIS数据进行水体识别分析,有效确定洪水淹没区。利用GIS技术提取洪水淹没区土地利用信息,进一步统计安徽省沿淮县市淹没区土地利用各类型的面积,从而为区域洪水灾害评估提供参考依据。相关研究成果已在ArcGIS中建成模型,为洪水监测业务服务。