内蒙古干旱监测评估方法综合应用研究

在内蒙古土壤墒情和干旱监测评估服务中,通过土壤含水量地面观测与卫星遥感监测的有机结合,达到优势互补,使内蒙古的干旱服务工作达到准确及时。利用土壤相对湿度划分干旱等级,方法简单精确,容易业务化;卫星遥感监测在春季(6月1日以前)采用热惯量法,夏季(6~8月)利用植被指数法,秋季以地面监测服务为主。另外,卫星遥感受监测时间和植物生长特性的影响,监测结论难免出现滞后,尤其对干旱初期的判断就更加模糊,卫星遥感监测更适合在连续大旱的情况下对干旱的动态进行监测评估服务。     

青海省干旱预警服务系统设计与建立

在阐述青海省干旱概念、类型、成因与评估指标的基础上,确定了旱情监测区域。以地面常规监测、气候监测和空间遥感监测相结合为基础,设计和建立了"监测—评估—预测、预警"信息业务系统,可为研究干旱发生规律,及时监测和预测干旱的发生,评估干旱程度以及制定防灾、减灾、救灾提供科学依据。     

基于多源遥感数据的温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)的构建与应用

干旱在全球范围内产生了深远的社会和经济影响,可靠的干旱监测对防旱抗旱工作具有重要指导意义。由于在植被覆盖度和农作物种植率较低区域使用植被状态或单因子进行干旱监测时精度较低,故本文采用地表温度(LST)、降水量(P)和土壤湿度(SM)数据,基于三维欧氏几何空间中欧氏距离方法构建了一种新的干旱指数:温度-土壤湿度-降水干旱指数(TMPDI)用于干旱监测。并以甘肃省为研究区,利用SPI、SPEI、遥感数据以及小麦单位面积单产对TMPDI进行验证。结果表明:TMPDI与SPI、SPEI高度相关(R20.64),且在干旱监测中兼顾降水量与气温影响的同时,降低了使用降水量或地表温度进行干旱监测的不确定性,提高了土壤湿度在农业干旱监测中的准确性与有效性,能准确地描述干旱事件的时空演变特征,同时也能较好地反映出干旱强度与干旱面积率的变化对小麦产量造成的影响,说明TMPDI在农业干旱监测中具有较高的有效性和可靠性。     

热惯量法在干旱遥感监测中的应用研究

利用NOAA／AVItRR资料计算了真实热惯量、表观热惯量、NOAA／AVttRR通道4亮温差与土壤水分之间的关系模型,并讨论了陕西特殊地形、地面植被覆盖对表观热惯量与土壤水分之间关系的影响。结果表明：在实际的干旱遥感监测服务中,可以使用表观热惯量与土壤相对湿度建立的模型来监测地面旱情。考虑地形、植被和土壤类型因素时,下垫面越均一,表观热惯量与土壤相对湿度的相关性越好,但植被覆盖对地表温度差的影响需要进一步的研究。     

基于微波遥感技术的干旱监测指数及其应用研究——以三江源区为例

以三江源区为研究区,基于AMSR-E的亮度温度数据获得了微波极化差异指数(MPDI)、比值干旱指数(DI)和多时相微波干旱指数(PI),并分别对这3种指数进行了干旱监测有效性检验。为了获得研究区全区监测效果更好的干旱指数,对MPDI、DI和PI指数进行融合,最终获得的综合微波干旱指数(SDI)与土壤湿度数据和降水数据都存在很好的相关性,对比单个指数时监测干旱的有效性也得到了提高。最后,应用SDI指数对三江源区21世纪以来的干旱情况进行了监测研究。结果表明:基于AMSR-E的综合微波干旱指数(SDI)能有效的对干旱进行监测,充分发挥了被动微波遥感数据的优势,具有一定的应用价值,为后续利用多源的多传感器的微波遥感数据监测干旱的相关研究奠定了基础。     

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。     

基于FY-3D/MERSI数据的东北地区干旱监测方法研究

干旱是影响东北地区粮食安全的主要农业气象灾害之一,遥感技术是一种可便捷进行大范围干旱监测的手段。针对目前遥感干旱指数在作物生长发育过程中监测干旱的局限性和适用性等问题,以东北地区玉米和大豆等主要大田作物发育期为切入点,基于FY-3D/MERSI卫星遥感数据和地面土壤相对湿度实测数据,开展不同作物发育阶段干旱监测指数适用性分析,结合径向基神经网络方法,构建全时期和分时期土壤相对湿度反演模型,利用实测土壤相对湿度数据开展精度验证与对比分析。结果表明：风云三号MERSI传感器数据在干旱监测中具有可行性,表观热惯量(ATI)在低植被覆盖或裸土时效果较好,适用于作物冻土期、裸土期和播种～拔节期;水分指数(WI)适用于播种～拔节期、拔节～抽雄期和成熟期等植被生长时期;分时期土壤相对湿度反演模型精度高于全时期土壤相对湿度反演模型,前者监测精度在80.0%以上,比全时期模型精度提高了10%～25%,尤其在冻土期(3月),分时期模型反演精度达到了92.6%。基于作物生长时期和形态差异,选择最适宜遥感干旱指数建立分时期土壤相对湿度反演模型,提高了干旱监测的准确性和可靠性。     

作物缺水指数监测旱情方法研究

研究了在黄淮海平原旱灾监测中，通过遥感数字图象获得的数据和地面气象站资料估算农田蒸散进而计算作物缺水指数来监测旱灾的方法，以及为此而进行的对气象数据的最优插值处理，并发展确定最佳最优插值所需切值的线性插值模型，在ＧＩＳ的支持下实现了图象，图形，数据的一体化，实时监测结果表明，这种方法基本上达到准确，实时监测干旱的目的。     

应用陆面模式进行干旱监测的过程和实现

在我国,应用陆面模式准实时监测干旱是一种正在发展的监测方法。从模式强迫资料生成,模式运行及结果后处理和干旱监测产品生成3方面,阐述应用CABLE陆面模式进行干旱监测的过程和实现方法。首先,详述了生成强迫资料所需的各种资料及其插值和订正方法。其次,介绍了应用陆面模式干旱监测的等级判断方法,概述了通过Shell语言和NCO(Net CDF Operator)软件实现干旱监测的自动化运行过程。通过对比模式与自校正帕尔默指数(sc_PDSI)对我国北方1997/1998年干旱监测的效果,发现模式监测干旱的起止时间优于sc_PDSI,发生范围较sc_PDSI更加准确,与实际土壤湿度观测资料结果更为一致。研究表明,陆面模式结果能够反映土壤湿度对于历史同一时期的相对干旱程度,是对土壤湿度长时间观测资料不足的有效补充。研究还发现,应用sc_PDSI监测我国南方干旱时,应当进行参数的本地化订正。     

三种复合干旱指数在我国三大农业主产区的适用性分析

利用多源遥感数据,通过与SPI-3的线性相关分析及实际旱情的对比,研究了三种复合干旱指数(PADI、OVDI、TVDI)在我国三类(冬小麦、夏玉米、水稻)农业主产区的适用性。结果表明:三种复合干旱指数不适用于水稻区的干旱监测;在三类农业区的干旱监测中,指数PADI、TVDI对干旱量化结果较为准确(干旱持续时间、严重程度、空间分布等),OVDI对旱情严重程度的判断偏重;指数TVDI、OVDI适合大范围的旱情监测,且TVDI监测结果更为准确;PADI指数由于结合了作物信息,对干旱的量化更全面,适宜于小范围的旱情监测,但对输入信息的要求较高。     

Drought monitoring and reliability evaluation of the latest TMPA precipitation data in the Weihe River Basin,Northwest China

The high resolution satellite precipitation products bear great potential for large-scale drought monitoring, especially for those regions with sparsely or even without gauge coverage. This study focuses on utilizing the latest Version-7 TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis(TMPA 3B42V7) data for drought condition monitoring in the Weihe River Basin(0.135×106 km2). The accuracy of the monthly TMPA 3B42V7 satellite precipitation data was firstly evaluated against the ground rain gauge observations. The statistical characteristics between a short period data series(1998–2013) and a long period data series(1961–2013) were then compared. The TMPA 3B42V7-based SPI(Standardized Precipitation Index) sequences were finally validated and analyzed at various temporal scales for assessing the drought conditions. The results indicate that the monthly TMPA 3B42V7 precipitation is in a high agreement with the rain gauge observations and can accurately capture the temporal and spatial characteristics of rainfall within the Weihe River Basin. The short period data can present the characteristics of long period record, and it is thus acceptable to use the short period data series to estimate the cumulative probability function in the SPI calculation. The TMPA 3B42V7-based SPI matches well with that based on the rain gauge observations at multiple time scales(i.e., 1-, 3-, 6-, 9-, and 12-month) and can give an acceptable temporal distribution of drought conditions. It suggests that the TMPA 3B42V7 precipitation data can be used for monitoring the occurrence of drought in the Weihe River Basin.     

基于MODIS资料的遥感干旱监测业务化方法研究

MODIS在波段设置和探测精度方面较AVHRR有较大的优势,如何将传统的基于AVHRR数据的遥感干旱监测模型转移到MODIS数据平台是遥感干旱监测领域非常关注的问题。我们从可业务化的角度,在借鉴陕西省农业遥感信息中心近年研究开发的NOAA/AVHRR遥感干旱监测业务化模型的基础上,结合陕西的地形、气候、植被覆盖特征,建立了基于MODIS数据的区域性干旱遥感监测的业务化模型和资料处理流程,并在陕西2005年3-5月发生的较严重的春旱过程中进行了监测试验。结果表明:使用基于MODIS数据的热惯量和植被供水指数两种模型进行区域性遥感干旱监测是可行的,修改后的植被供水指数模型在干旱面积估算精度和图像的可视化效果方面有了明显提高。     

基于FY-3D/MERSI-II数据的陕西农业干旱遥感监测应用研究

以陕西省夏季干旱过程监测为例，采用风云系列最新极轨气象卫星FY-3D/MERSI-II数据，利用其250 m空间分辨率红光和近红外通道构建NIR-Red特征空间，建立垂直干旱指数（PDI）、改进型垂直干旱指数（MPDI），并与综合气象干旱指数（CI）进行相关性分析。结果表明：FY-3D/MERSI-II数据在陕西省的干旱遥感监测中具有良好的适用性，PDI、MPDI与CI呈显著负相关，相关系数分别为-0.135和-0.110，达到显著水平，PDI在陕西省夏季旱情动态监测中表现更好；2019年陕西省夏季旱区主要集中在榆林北部和渭北旱腰带，5月下旬的干旱过程最为严重，对冬小麦产量有较大影响；相较于国际气象卫星和陆地卫星数据，国产FY-3D/MERSI-II数据具有更高的时空分辨率，在进行农业干旱动态监测方面具很大潜力。     

基于广西岩溶和非岩溶地貌的干旱遥感监测模型研究

根据MODIS植被指数和陆面温度,建立植被状态指教(VCI)、温度条件指数(TCI)和植被-温度指数(DI)模型;采用广西2004年10～11月数据,利用相关系数、全距和变异系数对3个干旱监测模型应用于广西岩溶区和非岩溶区大范围干旱监测的适用性进行了论证分析,结果表明:植被-温度指数模型(DI)最适用,温度条件指数(TCI)次之,植被状态指数(VCI)则较难胜任.并使用植被-温度指数DI模型监测了广西2005年秋旱,经与干旱实况对比,干旱指数DI的监测结果与实况相符,表明植被-温度指数遥感监测模型能准确反映出广西岩溶和非岩溶地貌环境的干旱时空变化特征,适用于广西大范围的干旱监测.     

基于Terra-MODIS和NOAA-AVHRR数据的条件植被温度指数干旱监测及其对比分析

以陕西省关中平原为研究区域,选取2000-2009年每年4月上、中、下旬和5月上旬Terra-MO-DIS和NOAA-AVHRR遥感数据,应用条件植被温度指数(VTCI)方法,探究在两种遥感数据源、相同时间尺度下VTCI干旱监测结果的特点和可比性。通过对比分析多年同一旬的VTCI结果发现,两种数据的监测结果反映出的旱情分布规律相同,并且符合实际的干旱情况。尽管两种遥感数据在过境时间、波段数等方面均有所不同,但是两种数据的VTCI结果散点分布呈现出明显的线性相关关系,说明两种数据得到的VTCI干旱监测结果是具有可比性的。     

一种基于ASAR数据的干旱监测方法

快速而准确的获取干旱信息对于抗旱救灾具有非常重要的指导意义。基于ENVISAT-ASAR数据对甘肃省黑河流域低植被覆盖区域干旱情况进行监测,利用基于改进型积分方程模型(AIEM)所得出的半经验模型准确的获取土壤的含水量信息。实验结果表明VV/VH极化数据与土壤含水量之间存在着较好的相关性,监测结果与成熟的光学监测方法垂直干旱指数(PDI)监测结果基本吻合,轻度干旱地区的监测结果相似度达到了92.8%,对于中度干旱和正常地区的监测分别达到了58.8%和66.4%,总体达到了90.7%,表明SAR数据在旱情监测中具有较大潜力。