农业旱灾监测中土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是农业干旱监测最重要的指标之一。文章全面回顾了光学遥感和微波遥感土壤水分遥感反演进展，重点讨论了符种反演方法的优点和不足。光学遥感中，热惯量法和作物缺水指数法可分别较好地应用于裸露地和作物覆盖地的土壤水分监测；距平植被指数、植被条件指数采用了植被指数因子实现农业旱情监测，温度植被指数、植被供水指数和条件植被温度指数同时考虑了作物植被指数和地表温度。微波遥感被认为是当前土壤水分监测中最有效的方法。主动微波遥感空间分辨率较高，但对土壤粗糙度和植被敏感；被动微波遥感空间分辨率低，重访周期短，对大尺度农业旱灾监测具有较大潜力。为提高农业旱灾监测巾土壤水分遥感反演的精度和效率，采用光学遥感和微波遥感的结合可能是较为实际的方法。     

山东半岛东北部地区干旱遥感监测

利用2017/02/27与2017/05/18两期Landsat 8遥感影像数据,反演得到地表温度和植被指数,构建LST-VI特征空间,并对建立的温度植被干旱指数进行分级分析与差值变化监测。主要结论如下:(1)两期影像LST-VI特征空间整体上均近似呈现三角形,MSAVI指数拟合的干湿边方程结果均优于NDVI指数,平均R2为0.769 9。(2)研究区干旱等级变化整体呈现"三增两减"的特征,其中中度干旱面积增加3 694 km2,增幅高达225.76%,并且增加来源主要是轻度干旱等级。(3)研究区干旱等级差值检测以等级增加为主,增加总面积为5435.07 km2,但等级增加与等级降低均主要为变化一个等级。整体而言,研究区干旱等级逐渐增加,干旱不断加强。     

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。     

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.     

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。     

基于多光谱和高光谱的干旱遥感监测研究进展

对近年来国内外利用多光谱卫星数据和近地面高光谱数据进行干旱监测研究进展及其适用性进行了归纳总结,得出以下结论:基于地表土壤水分和能量平衡理论、基于特征空间的干旱监测模型更适用于低植被或裸土地区;基于作物植被指数的干旱监测模型更适用于高植被覆盖区,并且需要长时间的序列数据;基于近地面高光谱数据的干旱监测光谱敏感波段在不同作物不同发育期存在着差异,为有效利用多光谱和高光谱卫星数据进行干旱监测提供借鉴。     

城市复杂地表TM温度反演及其与MODIS产品的比较

在利用决策树模型将城市复杂地表分为植被、建筑物、水体、裸土等4类进行地表比辐射率估算和利用MODIS近红外数据反演大气水分含量的基础上,采用Jimenez-Munoz单通道算法进行了城市复杂地表TM温度的反演,并将反演结果与EOS MODIS地表温度产品进行了比较分析.结果表明:(1)基于地表信息分类提取后的地表比辐射率和MODIS反演的大气水汽含量得到的地表温度接近于实际状况;(2)反演结果与EOS MODIS地表温度产品对比发现Landsat TIM的陆表温度均值和标准差高于EOS MODIS的陆表温度产品.     

哈尔滨市热岛效应与植被的关系——基于RS和GIS的定量研究

利用遥感和地理信息系统技术对Landsat ETM＋热红外遥感数据进行处理，反演和计算了哈尔滨城区的地面亮温和植被指数。通过剖面分析，研究了城区温度场的空间格局与植被盖度的关系；通过多元回归分析，揭示了城区热岛效应同多个指数的相关关系。结果表明：市内的道外区是热岛效应的主要分布区，道里区、香坊区的情况也比较严重；铁路沿线区域是城区主要的热岛效应地带；植被盖度和地面亮温呈反相关关系；植被和水体区域可以缓解城市的热岛效应。通过对市区热岛效应分析，可以监测城市化进程，为城市热环境质量评价和热源调查提供准确、丰富的信息。     

基于Landsat数据的开都河两岸绿洲地下水遥感监测及影响因素分析

为了研究干旱区绿洲地下水位时空变化特征及其归因,以新疆开都河两岸绿洲为研究对象,利用实测地下水埋深数据和Landsat数据计算得到的改进型温度植被干旱指数(MTVDI)相结合,建立了地下水位监测关系模型(R2=0.82)。对研究区1999年到2016年地下水的时空分布进行了监测,利用2005年和2003年两年实测数据对模型进行了验证。结果表明:1)两年实测地下水位和监测水位相关系数(R2)分别为0.75和0.77,均方根误差(RMSE)分别为0.17和0.27,平均相对误差(RME)分别为11.4%和16.7%,研究结果符合研究区实际情况;利用MTVDI建立的地下水位监测模型对干旱区绿洲一定深度的地下水位监测是可行的;2)开都河两岸绿洲1999年到2016年地下水位年际变化逐渐降低,年内地下水位升降显著;3)地下水位年际降低的主要原因是耕地面积的增加和灌溉方式向高效节水方式转变,增加了地下水开采量和降低了补给量。在年内随着渠系灌溉水的作用,使地下水位在季节性里变化较大。     

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。     

基于遥感有序加权平均干旱指数的山东省干旱动态分析

为实现对山东省全区域干旱的动态监测,建立了基于多源遥感数据与有序加权平均(OWA)相结合的一种新的干旱监测模型。在该模型中,首先选取植被条件指数(VCI)、土壤水分状况指数(SMCI)和降水条件指数(PCI)三种单指标干旱指数;然后结合基于遗传算法的改进层次分析法(AGA-AHP)与移动窗口法,得到山东省区域的这三种指标权重值,进而用OWA方法计算综合遥感干旱评价指数OWA-IDI(Integrated Drought Index)。采用综合干旱指数对山东省1982-2014年的干旱过程进行分析,结果表明:OWA-IDI与SPI的相关系数大于0.7,达到显著相关的程度;在33年长时间段中,发现了历史上的严重干旱年;在短时间段的时间序列上,2006-2014年的月序列干旱发生过程与《中国水旱灾害公报》记录的干旱事件进行对比,获得了满意的一致性;在空间上,2004年每个月的干旱区域分布与《山东统计年鉴》的降水数据进行分析、对比,验证了干旱区域分布的合理性;通过5 d合成序列的模型与月序列模型在时间上对应比较,显示了更精确的干旱监测,表明OWA-IDI在干旱评价与监测方面具有重要的应用价值。     

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BEPS模型模拟地表蒸散的干旱监测技术

为构建有效的干旱监测与评估指标,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据以及NCEP/NCAR再分析资料并基于遥感过程耦合模型BEPS模拟了地表蒸散(evapotranspiration,ET)。同时,利用通量观测网AmeriFlux的站点观测数据验证该模型在ET模拟研究中的可靠性与适应性,在此基础上,构建BMI指数,分析了2007-2009年研究区域干湿状况的时空分布特征,并与其他干旱指数进行对比分析。结果表明:12个站点通量实测值与模型模拟的ET的相关系数为0.8568(p0.01),表明BEPS模型能够较好的模拟美国陆地生态系统的ET。BMI值的空间分布特征较为明显,与降水量与ET经纬向变化较为一致。而BMI值的时间分布特征表明,其具有较为显著的季节变化。这与地形、气候特征以及植被的分布关系密切。从检验效果来看,受降水量的影响,BMI在月尺度以上干旱监测效果相对较好。BMI与USDM的相关系数表明,本文在BEPS模型模拟ET的基础上构建的指标在干旱监测中是可行的。     

基于FY-3D MERSI Ⅱ数据的辽宁省作物生长季日平均气温估算方法比较

作为反映气候特征的重要指标之一，日平均气温在农业气象灾害监测和气候变化研究等领域承担着至关重要的作用。与传统日平均气温的监测和估算方式相比，遥感技术具有全方位、宏观、动态等不可比拟的绝对优势，能够准确地描述日平均气温的空间异质性。为提高农业服务质量，保证农业健康、可持续发展，探索作物生长季日平均气温遥感反演方法，提高农业气象灾害监测精确度，以FY-3D MERSIⅡ遥感数据为基础，提取研究区日间地表温度(LST_day)、夜间地表温度(LST_night)、归一化植被指数(NDVI),同时还考虑了高程(DEM)、坡度(Slope)两个变量，结合气象站日平均气温数据，分别构建多元线性回归和随机森林日平均气温遥感反演模型，开展辽宁省2021年作物生长季(5—9月)日平均气温遥感监测的应用研究。结果表明：(1)基于多元线性回归模型反演的日平均气温均方根误差(RMSE)为1.71℃,平均绝对误差(MAE)为1.45℃;基于随机森林反演误差RMSE为1.17℃,MAE为0.96℃;整体上，随机森林的日平均气温反演结果更好，适用性更强。(2)实验当天和前1 ...     

Landsat 8在橡胶林台风灾害监测中的应用

台风对橡胶林的影响是一个复杂的过程。选择1973年以来登陆华南的最强台风"威马逊"(201409)作为研究案件。通过台风登陆前后的Landsat 8遥感数据,利用橡胶林NDVI值的变化表示橡胶受损的程度,分析了它与台风破坏潜能、地形指数的相关性,并建立了台风对橡胶林植被的影响力指数,借此可以开展台风对橡胶林植被的影响预测。结果表明:(1)橡胶NDVI值的变化能从一定程度上反映橡胶受台风影响的程度,说明Landsat 8遥感数据能用于监测台风对橡胶的影响。(2)风速是决定橡胶林破坏严重程度的主要因子,台风破坏潜能指数能客观反映台风对橡胶林的影响程度。(3)定义的台风对橡胶林植被影响力指数,能从一定程度上预测台风对橡胶林的可能影响程度,但仍需要大量个例对其进行验证。     

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。     

青海省东部农业区作物生长期不同气象干旱指标应用研究

干旱一直是制约青海东部农业区农牧业生产最主要的气象灾害。利用青海东部12个气象站点近46年(1961-2006年)的气象资料,计算标准化降水指数(SPI)、降水Z指数和相对湿润度指数(M),并对各干旱指标表征的年、春季和夏季的干旱强度和干旱频率与实际干旱事件进行对比,分析其在研究区的适用性,进而分析研究区的干旱变化特征。结果表明:3种干旱指标相比,相对湿润度指数(M)对实际干旱事件的反映更准确,且能反映出不同地区干旱发生频率的差异。选取相对湿润度指数(M)作为区域干旱监测指标,得出时间上区域的春季干旱强度年干旱强度夏季干旱强度,夏季的干旱强度有不显著的增大趋势,而年尺度和春季的干旱强度有不显著的减小趋势;空间上,区域干旱频率和干旱强度均表现为南高北低的特征。     

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.     

西安高温热害人口暴露量及其受灾指数预估研究

基于2005-2019年西安市下属气象站气象要素日值数据集中的气温数据,以中国气象局颁布的高温强度等级划分标准,计算了西安市2005-2019年高温频次和高温有效积温。采用辐射传输方程法对Landsat8OLI＿TIRS系列遥感影像进行温度反演,分析了西安市高温热害空间分布特征。利用统计年鉴数据,计算了2010-2019年西安市高温热害人口暴露总量及人口受灾指数。以高温有效积温为致灾危险性指标,人口受灾指数为暴露性指标构建高温热害人口暴露脆弱性曲线。结果表明：2005-2019年西安市共有360个高温日,年均24天,集中分布于6-8月;高温有效积温呈多年波动变化。研究区内地表温度区域分异显著：总体呈北高南低的特征。2010-2019年,西安市高温热害暴露人口总量逐年下降,由545.94万人下降至467.96万人,年平均下降率为1.798%。高温热害暴露人口脆弱性曲线显示：人口热害受灾指数随高温有效积温升高呈线性下降趋势。根据预测结果,西安市高温热害暴露人口到2050年将减少至124.09万人,高温热害人口受灾指数降至0.08。     

基于多源中高分辨率遥感数据提取渤海辽东湾海冰要素信息

海冰厚度是海冰参数中最为重要和最难获取的参数之一,对海洋灾害预警、气候变化等研究均有重要意义。本文选取2018年1月到3月的10景多源(Sentinel-2、Landsat-8、Landsat-7)中高分辨率影像对渤海辽东湾的海冰进行了监测。基于归一化水体指数进行海陆分割,通过分析海水与海冰光谱特征差异,利用最大似然法监督分类提取海冰区域,运用反照率与海冰厚度之间的经验指数模型反演海冰厚度,将反演结果与Zubov模型计算的冰厚结果进行比较,相关系数为0.884,证明了中高分辨率光学遥感数据在海冰厚度反演中的可行性。同时发挥中高分辨率遥感数据的优势,利用冰厚信息提取海冰类型、估算海冰资源量,为渤海海冰的防灾减灾以及海冰资源利用提供参考。