基于AMSR2微波植被指数与地表温度的旱情分析

基于微波数据全天时、全天候、不受云层影响等优点,选取了2012年7月—2016年12月的AMSR2微波数据中的10,18,36.5GHz水平垂直极化亮温数据反演微波穿透指数MVI与微波极化差异指数MPDI_(18),MPDI_(36.5),构建了微波植被指数与光学地表温度的微波旱情指数TMVDI,TMPVDI_(18),TMPVDI_(36.5),并与光学旱情指数TVDI进行了对比,分析了微波旱情指数在黄河流域旱情监测中的适用性。结果表明:微波旱情指数时空变化趋势与光学旱情指数基本保持一致;微波旱情指数在黄河流域旱情监测中具有很好的适用性,在大部分地区微波旱情指数反演效果优于光学旱情指数;光学、微波旱情指数与降雨因素的相关分析也表明微波旱情指数与降雨的相关关系整体优于光学旱情指数与降雨的相关关系,且微波旱情指数与降雨相关关系较好的区域集中在黄河流域南部地区。     

基于被动微波遥感的中国干旱动态监测

目前用于中国干旱监测的遥感方法大多是可见光和热红外指数法,受云雨、植被和地形的影响较大,不能满足中国南方地区干旱监测的需求。该研究基于被动微波辐射传输方程,首先构建了基于AMSR-E（advanced microwave scanning radiometer-EOS）数据的地表温度反演模型,R2=0.79,RMSE（root mean square error）为2.54℃,实现了中国地表温度的被动微波遥感监测。然后,拟合了不同下垫面归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）与微波极化差异指数（microwave polarization difference index,MPDI）的关系。在此基础上改进了植被供水指数（vegetation supply water index,VSWI）,构建了基于AMSR-E数据的被动微波遥感气象干旱指数,并以中国2009年的旱情为例进行实例验证。研究表明,该干旱指数与AMSR-E L3土壤湿度数据有着显著的负相关关系（R2=0.75）,且能基本表征2009年中国实际的气象干旱状况。     

黄河流域植被指数对气候变化的响应及其与水沙变化的关系

[目地]研究流域植被对气候变化的响应及其与水沙的关系,为黄河流域生态环境政策调整提供科学依据。[方法]基于归一化植被指数(GIMMS NDVI)、气温、降水和径流量、输沙量数据,利用线性回归和相关分析方法分析了黄河流域NDVI时空变化和对气温与降水的响应,及其与径流量和输沙量关系。[结果]①1982—2015年黄河流域及上、中游流域NDVI均呈显著线性增加趋势,中游流域增速最快,显著增加区域面积也最大。②1982—2015年黄河流域NDVI与年平均气温、年降水量呈显著正相关面积分别占22.39%和21.99%,集中分布在中北部区域。③2000—2015年黄河流域总体和上游流域年径流量均表现出增加趋势,上游和中游流域输沙量呈下降趋势。黄河流域水沙关系变化是多种因素共同作用的结果。[结论]气候变化背景下黄河流域1982—2015年植被总体呈改善趋势,但具有明显空间差异特征,植被变化与河流径流和输沙变化关系尚待进一步研究。     

华北地区植被NDVI与不同气候指标的相关分析

对1982-2006年华北地区归一化植被指数(NDVI)与不同气候指标(年平均气温、年降水量、干燥度指数、生物热量指数和生物干湿度指数)的相关性进行了分析。结果表明,1982-2006年华北地区植被NDVI总体呈现上升趋势,其中农田和灌丛的植被NDVI上升趋势最明显;1982-2006年华北地区年平均气温和生物热量指数呈显著增加趋势,年降水量、干燥度指数和生物干湿度指数呈减少趋势;整体上华北地区植被NDVI年变化与当年的干燥度指数呈极显著负相关,与上一年的年平均气温呈显著正相关关系,其中草地植被NDVI与年均气温、年降水量呈现显著正相关,与干燥度指数呈极显著负相关,农田和灌丛植被NDVI与年均气温显著正相关。此外,华北地区植被NDVI与不同气候指标的相关性存在明显的空间差异。     

黄河流域主要植被类型NDVI变化规律及其与气象因子的关系

以黄河流域为研究区，通过分析流域内农作物、草地、林地、灌木4种植被类型的NDVI（归一化植被指数）在20世纪80年代初-90年代末的变化规律以及NDVI与降水、温度、API（可利用水指数）的相互关系，研究了流域内植被覆盖度的变化趋势及NDVI对气候因子的敏感性。结果表明，流域内植被覆盖度有增加趋势，生态环境向好的方向发展；6月农作物的NDVI与同期降水呈正相关，说明NDVI对该月的降水变化敏感，较多的降水有利于作物生长；7月降水与8月灌木、草地的NDVI呈显著正相关关系，说明它们之间具有滞后相关，两种植被类型8月NDVI对前一个月的降水量变化敏感；春季植被NDVI与同期温度的正相关关系说明春季NDVI对温度变化敏感，春季较高的温度有利用植被生长；春季NDVI与同期API的负相关关系说明春季温度对作物生长的影响较大。研究结果对进一步了解黄河流域不同植被类型NDVI变化规律及其对气候因子的敏感性具有一定意义。     

基于多源遥感数据的草地生物量估算方法

为了寻求有效的草地生物量估算方法和精确估计荒漠草原草地生物量及其变化规律,该文探讨了利用全极化RADARSAT-2 C波段雷达数据和HJ1B图像及野外调查获得的样方生物量数据,估算荒漠草原人工柠条灌木林地上生物量的方法。在对柠条灌木林地上生物量和雷达后向散射系数及HJ1B图像归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)进行相关分析的基础上,采用多元逐步回归分析从RADARSAT-2数据及HJ1B植被指数NDVI建立了人工柠条林生物量模型,用实测草地生物量值对模型进行验证,同时将光学和雷达图像进行融合和分类处理,在此基础上对草地生物量进行分布制图,并将其结果与HJ1B的NDVI模型生物量估算结果进行对比。结果表明:柠条林地上生物量与RADARSAT-2雷达后向散射系数之间存在较好的定量关系(决定系数R2=0.71,均方根误差(root mean square error,RMSE)=14.2 kg/hm2,P0.001),其估算生物量与实测生物量一致性较好,估算生物量精度优于HJ1B的NDVI指数估算结果(R2=0.27,RMSE=20.58 kg/hm2)。由此可见,利用光学图像HJ1B和雷达数据RADARSAT-2融合分类能进行地物有效识别,雷达遥感数据可以用于草地结构参数的定量研究。利用光学和微波协同遥感进行草地生态系统监测研究具有一定的应用潜力。     

山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应

[目的]了解山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应关系,对该流域生态保护、修复和高质量发展具有重要的意义。[方法]基于1998—2018年NDVI数据,利用NDVI变化趋势、变异系数、空间自相关等方法,对山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化特征及其与气温、降水的关系进行分析。[结果]不同土地利用类型NDVI变化趋势均呈向好态势,草地和林地覆盖状况优于整体水平。NDVI在空间上整体呈南北纵列、高低相间的分布格局,吕梁山和太岳山—中条山高,西部高原丘陵区和汾河谷地低。NDVI变化趋势的空间异质性显著,植被以显著改善为主。林地改善趋势的稳定性最好。NDVI表现出明显的空间集聚性特征,其中耕地NDVI变化趋势聚集特征最明显。不同土地利用类型NDVI对降水的敏感性强于气温。[结论]山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化差异显著,并对气温和降水存在响应关系,此研究将为该流域生态保护和建设提供更精准的植被恢复数据及其和气温、降水关系的基础资料。     

冬小麦冠层对入射光合有效辐射吸收比例的估算方法评价

目前研究估算作物冠层对入射光合有效辐射的吸收比例 (fAPAR)时多采用冠层光能截获效率 (fIPAR)、冠层叶面积指数 (LAI) 和Beer-Lambert法则、冠层光谱植被指数等信息。该文以冬小麦为例,利用田间观测数据序列 (包括冠层LAI、冠层fIPAR和冠层光谱特性等方面)对各种fAPAR估算方法进行了较为全面的总结、分析、评价,以明确各法的优势和不足,为今后相关研究提供参考。结果表明,冬小麦营养生长期内fAPAR与fIPAR值较为接近,而冬小麦生殖生长期内二者差异显著;整个研究时段内,利用fIPAR估算的fAPAR结果较好;根据叶面积指数和Beer-Lambert法则估算的fAPAR在抽穗至腊熟期间结果偏小,原因在于该法不能体现穗部对光合有效辐射的有效吸收;直接借用文献记载的fAPAR～NDVI（归一化差值植被指数）函数关系估算的fAPAR在冬小麦营养生长阶段及生殖生长季末期均明显偏大。此外,通过将fAPAR与NDVI、比值植被指数 (RVI)、土壤调整植被指数 (SAVI)、修改型土壤调整植被指数 (MSAVI)等常用植被指数进行相关性分析,发现fAPAR与NDVI的相关关系最强,基于田间数据证实了采用NDVI估算fAPAR的合理性。     

基于Landsat 8 OLI影像的延河流域土壤线提取及其应用研究

[目的]以延河流域为研究区,利用自动提取算法建立典型黄土的土壤线方程,为土壤调节植被指数的计算提供基本参数。[方法]基于Landsat 8OLI遥感影像,采用自动提取算法获取土壤线参数;分析归一化植被指数NDVI,土壤调节植被指数PVI,TSAVI,ATSAVI与实测盖度的相关性,探讨所构建的土壤线方程在黄土高原地区植被指数提取中的适用性。[结果]通过自动算法与常规方法对比发现两者偏差较小,且自动提取算法具有较高的精度和稳定性;各植被指数与实测盖度的相关性大小为:PVINDVITSAVIATSAVI,PVI为延河流域植被盖度反演的最优植被指数,NDVI次之,TSAVI与ATSAVI较差;与NDVI指数相比,PVI指数能够较好地抵抗土壤噪声的影响,对不同植被类型的敏感性较高,更适用于植被覆盖度较低的黄土高原。[结论]自动提取算法对延河流域土壤线的提取较为适用,所得参数适合于计算土壤调节植被指数。     

气候变化及人类活动对黄河流域植被覆盖变化的影响

黄河流域在我国具有重要的战略地位,是我国重要的生态屏障,定量化评估气候变化和人类活动对黄河流域植被变化影响,对政府管理决策具有重要意义。以黄河流域为研究区,分析1982—2019年归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)时空动态变化,定量计算气候变化及人类活动对NDVI变化的贡献度,并对NDVI变化影响因素进行分区制图;在此基础上,讨论生态建设工程对植被变化的影响情况,并评估其成效。结果表明:(1)1982—2019年间黄河流域NDVI呈现显著增加趋势,变化趋势为0.002 4/a;空间上,显著退化的区域分布在流域西部和南部,显著增加的区域分布在流域中部和北部。(2)黄河流域植被变化是气候因素和人类活动共同作用的结果,研究时段内气候因素对NDVI变化的贡献度为82.74%,人类活动贡献度为17.62%,气候因素是黄河流域植被变化的主导因素,但人类活动在植被变化中的影响程度逐渐加深。(3)3个生态建设工程区植被恢复情况为三北防护林黄河中游防护林太行山绿化,生态建设工程对植被恢复有明显的促进作用。     

1982-2010年松花江流域植被动态变化及其与气候因子的相关分析

利用1982-2010年GIMMS和MODIS两种遥感数据集的归一化植被指数（NDVI）数据,分析了松花江流域植被NDVI时空特征及其与气候因子的关系。结果表明,松花江流域植被覆盖存在着显著的空间差异,山区NDVI值明显高于中部平原区。过去29a间,松花江流域植被NDVI稳定性较强,总体上变化趋势不明显,但有明显的阶段性：1982-1990年植被NDVI持续增加;1991-1997年相对稳定,1997-2003年呈波动降低趋势,2003-2010年缓慢上升。基于像元的相关分析表明,松花江流域NDVI与气温和降水量间均具有很强的相关性（P〈0.01）,而且植被NDVI变化受气温影响程度强于降水,针叶林是松花江流域受气温影响最大的植被类型。     

鄱阳湖流域NDVI时空变化及其与地表径流的关系

根据鄱阳湖流域4个子流域1982-1999年归一化植被指数（NDVI）数据集和4个水文站的径流数据,采用年代际差异变化、相关分析、Morlet小波分析方法,对鄱阳湖4个子流域NDVI和径流关系进行研究,并从年内、年际两个角度研究各子流域的NDVI时空变化特征。结果表明：分析期内鄱阳湖流域各子流域多年平均NDVI的年内变化趋势一致,年平均NDVI总体上都呈增加趋势,NDVI主要受到降水、径流的影响。相关分析显示,整个流域年NDVI与径流量间呈显著正相关,径流量与滞后3个月的植被NDVI间相关性最高;子流域的径流量普遍存在着12个月、部分存在35、62个月左右周期的震荡信号,各信号频率分布的时间域及其强度存在着差异,其中12个月周期最强,短周期强于长周期;NDVI与径流量具有同等的周期变化特点。     

基于不同植被指数的TRMM数据降尺度及误差校正研究

[目的] 对不同时间尺度的热带测雨卫星（TRMM）数据进行空间降尺度及误差校正研究,为华中地区洪涝灾害监测等提供科学参考。[方法] 主要借助增强型植被指数（EVI）和归一化植被指数（NDVI）分别运用地理加权回归（GWR）模型实现2001—2019年华中地区TRMM数据的空间降尺度,并结合地理差异分析（GDA）和地理比率分析（GRA）对年、季和月的降尺度结果进行误差校正,通过气象站数据对校正前后的数据进行对比分析。[结果] ① TRMM数据和气象站数据的决定系数（R²）在年（0.630）、季（0.710～0.865）和月（0.637～0.875）尺度都表明了TRMM数据在华中地区具有较好的适用性;②通过GWR模型实现了TRMM数据空间分辨率由0.25°到1 km的降尺度转换,且TRMM_EVI数据精度优于TRMM_NDVI数据,说明华中地区TRMM数据与EVI的关系比NDVI更为密切;③对优选的TRMM_EVI数据分别进行GDA,GRA校正,结果表明GDA校正结果优于GRA校正,且在降雨量越多的月份校正效果越好。[结论] 在华中地区,EVI比NDVI更加适合TRMM数据降尺度研究。降尺度数据采用GDA校正比GRA校正效果更为显著。     

基于时间序列NDVI相似性分析的棉花估产

多时相遥感数据能比单一时相反映更多的作物产量信息,挖掘多时相遥感信息以提高作物估产精度具有重要意义。该文以新疆生产建设兵团农一师一团的棉花为研究对象,提出了一种融合分区概念和时间序列NDVI(归一化植被指数)相似性分析的棉花估产方法。首先,通过植被指数与产量的相关性比较分析,确定NDVI为棉花估产因子,在此基础上根据棉花品种和土壤条件的差异,将研究区棉田划分为不同类型的生长区;然后,结合每个生长区获取的样点产量数据,确定各生长区时序NDVI估产模型的拟合系数;最后,融合距离与角度相似性算法,对各生长区内所有棉花像元的时序NDVI数据构成的向量与产量样点对应的时序NDVI向量进行相似性分析,确定待测棉田像元最佳的估产模型,实现对整个棉田区域棉花产量的遥感估测。结果表明,基于分区和时序NDVI相似性分析的棉花产量预测值与实测值决定系数达到0.77,该方法具有较好的操作性和适用性。     

东北林草交错区植被NDVI时空特征及其与气候因子关系分析

利用2000—2010年MODIS NDVI数据集和同期气象数据集,分别从时间序列和空间格局上分析了东北林草交错区及其3个生态子区(典型草原区、森林区和森林草原区)植被NDVI变化特征及其对气温、降水的年际和年内响应关系。结果表明:(1)多年月均NDVI年内变化曲线表现为单峰型;多年季均NDVI夏季最高;逐年NDVI总体波动上升;(2)多年植被NDVI空间差异显著,总体呈现东高西低、由东向西递减的特征,其中,森林区平均NDVI最高,典型草原区平均增加速率最大;(3)在年际关系上,全区、典型草原区、森林区、森林草原区植被NDVI的主要气候影响因子分别为气温、降水、气温、降水;(4)在年内关系上,植被NDVI与降水呈显著线性关系,与气温呈显著指数关系;在生长季,典型草原区对气温和降水均有时滞响应,且对降水的响应更高,森林草原区对降水具有时滞响应。     

冬小麦植被指数变化及其影响因子初探

对冬小麦植被指数(NDVI)变化规律、不同品种冬小麦植被指数差异、农田水肥状况对植被指数的影响以及植被指数与叶面积指数的关系研究结果表明,冬小麦植被指数具有日变化规律,且随冬小麦生长发育而变化,即小麦生长旺盛时植被指数数值较大。不同小麦品种植被指数表现出基本一致的季节变化特点,农田水肥条件交互影响小麦植被指数,水分胁迫时肥料对植被指数的影响明显,而水分满足时肥料对植被指数的影响不明显。     

基于GIS的浙江省土地利用/覆盖与地表温度的关系

利用MODIS数据的分裂窗算法,获取了浙江省各地2008年一整年的地表温度数据,综合利用遥感、地理信息系统(GIS)技术,研究了地表温度的时空分布特征、地表温度与不同土地覆盖类型间的关系以及地表温度与归一化差值植被指数(NDVI)的定量关系。结果表明:①地表温度在空间分布的高度异质性,一方面是由区域内海拔高度差异较大造成的,另一方面与下垫面类型有关;②不同土地覆盖类型间地表温度的月季变化趋势基本一致,但各类别间的地表温度高低存在显著差异,年平均地表温度总体表现为建设用地耕地林地水体;③植被对地表温度的影响受下垫面类型的制约,分析夏季NDVI与地表温度的关系可见,林地、耕地和建设用地的NDVI与地表温度呈显著负相关;水体的NDVI与地表温度呈正相关。研究结果可为当地高温热浪、低温冻害等灾害的动态监测提供新的途径,具有重要的应用价值,对政府土地合理规划和利用及防灾减灾具有重要指导意义。     

重庆南部TM图像植被指数与植被覆盖度信息的关系研究

以TM影像为数据源,以重庆南川市为研究区,结合地面调查数据,利用ERDAS遥感处理软件,对植被覆盖度信息提取方法及植被覆盖度与植被指数的关系进行了研究。运用统计分析方法,分析得出研究区植被覆盖度与归一化差异植被指数(NDVI)之间具有显著的相关性,研究结果可为利用遥感资料进行大面积植被覆盖度估算提供了理论依据。     

考虑地表粗糙度改进水云模型反演西班牙农田地表土壤含水率

土壤含水率是农业、环境、气象等领域进行建模的重要参数。该研究将微波遥感与光学遥感相结合,利用Sentinel-1数据交叉极化比及变换土壤调节植被指数对地表粗糙度进行估计,构建了一种改进的水云模型(modifiedwatercloud model, MWCM)。分析将NDVI、NDWI和NDWI1725,2200等植被指数作为植被冠层含水率时,水云模型(water cloud model,WCM)及MWCM农田地表土壤含水率的反演精度。结果表明:从总体精度上来看,MWCM的反演精度优于WCM。在不同植被覆盖度情况下:当植被覆盖度为中、低程度(NDVI0.5),MWCM具有较高的反演精度;在较高的植被覆盖度情况下(NDVI≥0.5),WCM与MWCM的反演精度较为接近。MWCM可有效的建立微波后向散射系数与地表土壤水分的关系,提高土壤含水率反演精度,为各种地表覆盖类型的土壤含水率反演提供研究思路及理论支持。     

基于HJ-1A/1B CCD数据的干旱监测

HJ-1A/1B是中国以防灾减灾和环境监测为直接应用目标的小卫星星座,为探讨HJ-1A/1B CCD数据在快速监测西南喀斯特地区旱情变化的应用潜力,以2010年遭受严重旱灾的贵州安顺地区为研究区,基于多时相的?HJ-1A/1B?CCD数据,利用垂直干旱指数、改进的垂直干旱指数和归一化植被指数对研究区的干旱情况和植被长势进行时间序列的监测与分析,并研究了监测模型在干旱监测中的适宜性、差异性及影响因素。结果表明,利用HJ-1A/1B CCD数据、垂直干旱指数和改进的垂直干旱指数,可以实现对旱情变化的快速监测;改进的垂直干旱指数对干旱变化的响应比垂直干旱指数敏感,且在植被覆盖较好地区的监测效果比垂直干旱指数更为有效;降水是影响监测效果的重要因素,降水对改进的垂直干旱指数的影响比垂直干旱指数大;结合干旱监测指数（MPDI,PDI）与植被指数NDVI的时间序列分析,可以更为准确地监测研究区实际旱情变化和植被长势情况。该研究对推广HJ-1A/1B数据在西南喀斯特地区的作物长势和旱情监测中的应用,以及提高中国应对突发灾害的决策能力具有重要意义。