基于地形因子的TVDI修正——以陕西省为例

近年来,温度植被干旱指数(temperature vegetation drought index,TVDI)在遥感旱情监测中得到广泛的应用,但传统的TVDI没有考虑地形因子对指数精度的影响。本文以陕西省为例,利用DEM数据对地表温度做高程修正,同时引入归一化差值山地植被指数(normalized difference mountain vegetation index,NDMVI)代替归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),以减弱地形起伏对植被指数的影响,进而构建新的TVDI。分别利用修正前后的地表温度以及NDMVI和NDVI构建了4种TVDI,并分析4种指数与土壤湿度及降水的关系,分析比较其监测农业干旱的精度。结果表明:高程与地形起伏对TVDI监测干旱的精度有较大的影响。经过修正后的TVDI与传统TVDI相比,其与土壤相对湿度的相关系数从-0.342提高至-0.711,且能更准确地体现降水的变化特征,说明修正后的TVDI能够更有效地反映区域土壤水分状况,可对农业干旱进行更加精确地监测。     

基于MODIS的河南省春旱遥感监测

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/Terra卫星产品的归一化差异植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)数据,构建双抛物线型NDVI-Ts特征空间。基于双抛物线型NDVI-Ts特征空间的温度植被干旱指数(TVDI)数据与气象站点实测土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI-Ts特征空间能较好地反映地表10cm土壤水分状况。以双抛物线型NDVI-Ts特征空间反演得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2000年、2005年、2010年和2015年2月26日～6月1日的河南省春旱情况,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了河南省旱情发展的时空特点,结果表明:利用MODIS NDVI和Ts数据构建NDVI-Ts特征空间呈双抛物线型,干边可决系数R~2在0.9以上;TVDI与实测土壤湿度呈现负相关关系,两者之间的线性拟合方程通过了P≤0.05的显著性检验;进一步将TVDI监测结果与降水量数据对比分析,表明TVDI监测旱情空间分布基本与降雨量空间分布一致。因而,基于双抛物线型NDVI-Ts特征空间的TVDI可以用于研究区旱情监测;从2000年、2005年、2010年和2015年的冬小麦旱情时空分布来看,河南省中南部冬小麦主产区土壤比较湿润,基本满足冬小麦需水量要求。     

基于TVDI指数的冬小麦旱情动态研究——以河北省邢台市为例

以重大干旱年份2010年为例,采用冬小麦生长期的MODIS数据,提取邢台市归一化植被指数(NDVI)和地表温度数据(LST),计算温度植被干旱指数(TVDI),制定农业干旱监测等级,利用该指标对邢台市2010年重大旱情进行分析,并利用降水数据和20 cm土壤湿度数据进行结果验证。结果显示:利用MOD11A2数据反演的地表温度与实测地表温度对比平均误差为0.295℃,反演结果能够代替实地温度进行计算;利用实测20 cm深度土壤相对湿度数据与该地区计算的TVDI值做线性拟合,拟合度R2最高为清河县站点0.722,最低是任县站点0.598,整体效果较好;从验证结果来看,TVDI能够较好地反映出邢台市整体的实际旱情。邢台市2010年冬小麦主要生长阶段中返青拔节阶段整体旱情等级较高,而且出现大面积重旱区域,进入抽穗阶段重旱区域减少,正常或湿润区域范围扩大,整体旱情减轻。     

基于地形因子的土壤水分反演研究——以延河流域为例

以延河流域为研究区域,应用Landsat5/TM遥感数据和DEM数据进行归一化植被指数和地表温度的反演,并对气温参数进行了高程、坡度、坡向、地形遮蔽等地形因子的订正,更为精细地表达局地温度的空间分布差异。运用ERDAS的空间建模工具,反演得到温度植被干旱指数分布图。结果表明,此方法较好地反映了延河流域土壤的相对干旱状况,是一种比较有效和充分考虑地形因子影响的监测土壤水分的方法。     

基于温度植被旱情指数的青海高寒区干旱遥感动态监测研究

利用MODIS资料提取的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),构建NDVI-Ts特征空间,依据该特征空间设计的温度植被旱情指数作为旱情指标,对青海省东部浅山农业区2004年7月上旬的旱情进行了动态监测,同时利用各气象台站实测的地面数据进行了验证,结果表明利用温度植被旱情指数(TVDI)法对青海高寒区进行干旱动态监测是可行的。     

河套灌区地下水埋深与土壤盐分对增强型植被指数的联合影响

为研究干旱半干旱地区地下水埋深与土壤盐分对作物生长的联合影响，以河套灌区解放闸灌域主要种植作物(小麦、玉米、葵花)为研究对象，利用遥感影像提取增强型植被指数，野外试验获取0～20、0～40 cm土层土壤含盐量及地下水埋深数据，构建双因素坐标系确定地下水埋深和土壤含盐量对植被指数的联合响应，统计得出适宜作物生长的土壤含盐量及地下水埋深范围，研究结果表明：(1)5—6月小麦生长地下水埋深最适宜的范围分别为0.99～2.01、1.03～1.54 m,其对应的土壤含盐量分别为1.00～1.30、1.53～2.02 g·kg^-1;(2)6—8月玉米生长地下水埋深最适宜的范围分别为1.56～1.80、1.82～2.00、1.43～2.31 m;其对应的土壤含盐量分别为1.24～1.68、1.25～1.55、0.98～1.40 g·kg^-1;(3)7—8月葵花生长地下水埋深最适宜的范围分别为0.75～1.70、1.20～1.61 m,其对应的土壤含盐量分别为1.46～1.70、5.55～5.84 g·kg^-1。     

香日德-柴达木河流域土壤湿度时空变化特征及其影响因素

土壤湿度作为生态环境的关键因子,是土壤监测和生态环境变化的重要指标.本研究基于MOD11A2 LST和MOD13A2 NDVI数据,通过温度干旱植被指数TVDI(Temperature Vegetation Dryness Index)、相关性分析和区域统计分析等数理统计分析方法对香日德-柴达木河流域植被生长季的土壤湿...     

基于GIS的塔里木河下游地下水定量回归模拟研究

对于干旱区内陆河流域来说,地下水埋深是指示当地生态变化的至关重要的因子。本文以新疆塔里木河下游为例,基于少量的监测井监测数据,尝试利用分类分段横向和纵向联合回归分析方法模拟地下水位空间分布变化,以1:1万DEM为基础数据运用GIS技术实现数字地下水埋深空间化。结合生态监测井实时监测数据以及地下水分布与植被的响应关系进行模拟精度分析,表明该模拟方法在地下水位监测数据较少和水文地质条件相对单一的干旱区内陆河具有一定的可行性。     

基于TVDI的渭干河-库车河三角洲绿洲植被生长期干旱遥感监测研究

渭干河-库车河三角洲绿洲是新疆重要农业生产区,频发的旱灾始终是制约农业可持续发展的障碍因素。因此,文中以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,利用1989年和2011年植被生长期的两期TM影像提取的归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts),构建Ts-NDVI特征空间,依据该特征空间设计的温度植被干旱指数(TVDI)作为旱情指标,找出适合研究区的旱情判别模式,并进行旱情对比分析。结果表明:1)在Ts-NDVI特征空间中,该绿洲1989年和2011年干旱遥感监测的干、湿边拟合方程分别为TSmax=-13.795NDVI+296.5,TSmin=5.3374NDVI+283.12和TSmax=-27.861NDVI+315.52,TSmin=4.4736NDVI+292.46。说明随着干边斜率增加,湿边斜率也增加,形成稳定的三角形形状,能较好的反映土壤干旱状况;2)从TVDI旱情等级分布图上可以得出等级为干旱的面积有所增加,且这一区域主要集中在绿洲外围,表明随着绿洲内部干旱的缓解,绿洲外围生态环境有所恶化。通过以上研究发现利用温度植被旱情指数(TVDI)法对渭干河-库车河绿洲地区进行夏季干旱动态监测是可行的。     

基于遥感方法的银川盆地植被发育与地下水关系研究

干旱区的水文地质及生态地质环境研究一直是水文地质学的研究热点。从流域尺度上研究地下水变化的生态效应问题已经引起了广泛的关注。银川盆地地处干旱地区,自然生态环境十分脆弱,植被的发育与地下水有着极为密切的关系。由于遥感技术在大尺度问题的研究方面具有极大的优越性,因此,本文将遥感技术与地下水数据相结合,引入条件植被覆盖率的概念,对银川盆地适宜于植被生长的地下水位埋深进行了研究,并对适宜水位埋深范围内,水质矿化度的影响进行了探讨。结果表明:银川盆地适宜于植被生长的地下水位埋深范围为2-4m,在此埋深范围内,矿化度小于2.5g/L时,地下水水质利于植被发育。     

Comparison of remote sensing indices for monitoring of desert cienegas

This research considers the applicability of different vegetation indices at 30 m resolution for mapping and monitoring desert wetland (cienega) health and spatial extent through time at Cienega Creek in southeastern Arizona, USA. Multiple stressors including the risk of decadal-scale drought, the effects of current and predicted global warming, and continued anthropogenic pressures threaten aquatic habitats in the southwest and cienegas are recognized as important sites for conservation and restoration efforts. However, cienegas present a challenge to satellite-imagery based analysis due to their small size and mixed surface cover of open water, exposed soils, and vegetation. We created time series of five well-known vegetation indices using annual Landsat Thematic Mapper (TM) images retrieved during the April–June dry season, from 1984 to 2011 to map landscape-level distribution of wetlands and monitor the temporal dynamics of individual sites. Indices included the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), the Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI), the Normalized Difference Water Index (NDWI), and the Normalized Difference Infrared Index (NDII). One topographic index, the Topographic Wetness Index (TWI), was analyzed to examine the utility of topography in mapping distribution of cienegas. Our results indicate that the NDII, calculated using Landsat TM band 5, outperforms the other indices at differentiating cienegas from riparian and upland sites, and was the best means to analyze change. As such, it offers a critical baseline for future studies that seek to extend the analysis of cienegas to other regions and time scales, and has broader applicability to the remote sensing of wetland features in arid landscapes.     

西北内陆盆地天然植被的地下水生态埋深

西北内陆盆地的天然植被对生态环境起到至关重要的作用,而天然植被的生长状态与地下水埋深息息相关。本文给出地下水生态埋深的定义,在分析了天然植物生长状态与土壤含水量关系、土壤含水量与地下水埋深关系,以及天然植物生长状态与地下水埋深关系的基础上,确定了天然植物的地下水生态埋深。所得结论对于西北地区水资源合理开发利用和生态环境保护具有重要意义。     

MODIS数据支持下的西藏干旱遥感监测

干旱的频繁发生已经成为影响西藏农业生产最严重的自然灾害之一,干旱给农业造成的巨大损失引起了各级政府部门的高度重视。对地观测卫星(EOS)中分辨率成像光谱仪(MODIS)传感器因其具有高时间分辨率、高光谱分辨率、适中的空间分辨率等特点,非常适合大范围、长时期、动态的干旱监测。文中利用MODIS数据提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST),构建NDVI-TS特征空间,依据该特征空间得到的温度植被干旱指数进行西藏的旱情分析。研究表明:此种方法适用于西藏旱情监测,同时它也是一种便捷、高效和近实时的适合大面积干旱监测的方法。     

中国西北干旱区生态地下水埋深适宜深度的确定

干旱区影响天然植被生长的土壤水分和盐分,都和地下水埋深密切相关。地下水埋藏浅,在强烈的蒸发作用下,溶解于地下水中的盐分沿毛管上升水流于地表聚集,使土壤发生盐渍化,产生盐胁迫。地下水埋深过低,毛管上升水流不能到达植物根系层,植物生长受到水分胁迫,发生荒漠化。因此,确定既不会使土壤发生盐渍化和荒漠化的地下水埋深十分重要。本文根据地下水、土壤水及植物生长状况综合研究,把适宜的地下水埋深界定为在温带荒漠区1.5—4m,暖温带荒漠区2.0~4.0(4.5)m,即在潜水的强烈蒸发深度以下和蒸发极限深度之上的区间,为防治土地盐渍化、荒漠化和估算生态用水提供了科学依据。     

毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布与土壤水分关系的研究

通过对毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布的研究表明:不同水分梯度根系分布随土壤深度的增加呈指数形式下降,不同梯度由于土壤水分、植被根系类型的差异,不同水分梯度植被根系的空间分布也有差异,不同梯度根量随土壤垂直深度的模拟方程分别为:y=9.5736e-0.1341x,R2=0.8859(I);y=16.246e-0.2037x,R2=0.9301(II);y=32.001e-0.1904x,R2=0.9544(III);y=28.336e-0.1993x,R2=0.9484(IV)。不同水分梯度土壤含水率变化程度不同,同一水分梯度各层土壤含水率变化幅度亦有差异,0.1m土壤含水率变异系数最大,随着土壤深度增加变异系数减小,根据土壤含水率变异系数分析我们将各层土壤水分垂直变化划分为活跃层(0-0.1m)、次活跃层(0.2-0.6m)、相对稳定层(1m)(I、II、III);而对IV梯度划为活跃层(0-0.1m、1m)、相对稳定层(0.3m)。根系生物量垂直分布与其对应土壤含水率有明显相反的关系,土壤含水率的变化与根系生物量的变化趋于相反,当土壤含水率增大时相应区域根系生物量减小;反之则增加。随水分梯度的增加各梯度最高水分利用层逐渐向表层发展,从第I梯度0.4m的6.84到第IV梯度0.1m的14.33。     

Index-based assessment of agricultural drought in a semi-arid region of Inner Mongolia, China

Agricultural drought is a type of natural disaster that seriously impacts food security.Because the relationships among short-term rainfall,soil moisture,and crop growth are complex,accurate identification of a drought situation is difficult.In this study,using a conceptual model based on the relationship between water deficit and crop yield reduction,we evaluated the drought process in a typical rainfed agricultural region,Hailar county in Inner Mongolia autonomous region,China.To quantify drought,we used the precipitation-based Standardized Precipitation Index(SPI),the soil moisture-based Crop Moisture Index(CMI),as well as the Normalized Difference Vegetation Index(NDVI).Correlation analysis was conducted to examine the relationships between dekad-scale drought indices during the growing season(May–September)and final yield,according to data collection from 2000 to 2010.The results show that crop yield has positive relationships with CMI from mid-June to mid-July and with the NDVI anomaly throughout July,but no correlation with SPI.Further analysis of the relationship between the two drought indices shows that the NDVI anomaly responds to CMI with a lag of 1 dekad,particularly in July.To examine the feasibility of employing these indices for monitoring the drought process at a dekad time scale,a detailed drought assessment was carried out for selected drought years.The results confirm that the soil moisture-based vegetation indices in the late vegetative to early reproductive growth stages can be used to detect agricultural drought in the study area.Therefore,the framework of the conceptual model developed for drought monitoring can be employed to support drought mitigation in the rainfed agricultural region of Northern China.     

Using the concept of ecological groundwater level to evaluate shallow groundwater resources in hyperarid desert regions

This paper,based on the analysis and calculation of the groundwater resources in an arid region from 1980 to 2001,put forward the concept of ecological groundwater level threshold for either salinity c...     

渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算及遥感反演

基于研究区的野外采样数据与Landsat 8遥感影像提取的增强型植被指数,构建渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算模型,并对土壤盐分的空间分布格局进行预测。结果表明:(1)由土壤含盐量与增强型归一化植被指数(ENDVI)构建的线性回归模型(y=-56.494x+22.687)拟合效果最好(R2=0. 886,RMSE=0. 907)。(2)通过选取的82个采样点,依据最佳遥感反演模型,预测出研究区土壤含盐量在9.33～26.99 g·kg-1之间变化,平均值为17.42 g·kg-1,标准差为2.30 g·kg-1,预测结果与土壤盐分的实测值较为一致。(3)利用地统计分析方法制作研究区棉田土壤盐分的空间分布图,分析可知土壤盐分从绿洲内部向外围呈逐渐增加的趋势。