基于MODIS数据的沙漠化地区地下水位遥感监测模型的建立——以毛乌素沙地为例

为了研究沙漠化地区地下水位的分布状况,利用MODIS卫星遥感数据,采用遥感一数学一模型学融合的研究方法,在实地考察沙漠化地区地下水位、土壤水分和其它辅助资料的基础上,通过土壤水分和地下水位的线性方程,提出了基于MODIS影像数据,在土壤中存在毛细管补给条件时,简便、有效地监测沙漠化地区地下水埋深的遥感模型,并在毛乌素沙漠化地区进行了实地验证。结果表明,该模型反演地下水位和实测地下水位之间的相关系数为0.868,误差较小,研究结果符合实际。认为在较大范围且地下水埋深不大于7 m的沙漠化地区,利用MODIS多波段遥感模型监测并评价地下水位分布是可行的。     

利用MODIS—NDVI 进行沙化土地评价研究——以陕西省北部地区为例

利用新一代卫星遥感MODIS影象数据,结合地面调查数据,对2006年5月份MODIS影象数据的归一化植被指数(NDVI)进行了植被专题信息的提取,与植被覆盖度建立线性回归模型,得出陕西省北部地区的沙漠化土地分级图。分析结果表明该分级图与陕北植被空间变化特征有很强的一致性。该方法适宜于以地面调查数据为基础的植被盖度提取,为遥感技术在沙化土地评价中应用提供了有效途径。     

基于MODIS数据的毛乌素沙地土壤水分模型的建立

采用MODIS数据,根据水的吸收率曲线提出使用MODIS影像数据的第6波段和第7波段的反射率来监测土壤湿度,并与温度植被旱情指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)进行对比。通过在毛乌素沙地沙漠化地区准同步实地验证,表明MODIS第7波段的反射率与地表土壤湿度之间有较好的负线性相关关系,并建立了回归方程。分析结果表明使用MODIS数据第7波段的反射率可以大面积对沙漠化地区土壤湿度进行监测。     

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。     

SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区地表能量通量估算中的应用

利用SEBS(Surface Energy Balance System)模型,对塔克拉玛干沙漠及周边地区的地表能量通量进行模拟估算。通过修正适合于塔克拉玛干沙漠地表的参数化方案,结合该地区的MODIS遥感数据,将同期同化气象资料输入模型中,模拟出该地区的地表净辐射、地表土壤热通量、感热通量和潜热通量的空间分布。与塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的实测数据对比,得出:1)SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区具有适用性;2)模型反演的沙漠腹地净辐射约为350W/m~2,感热通量在200W/m~2左右,潜热通量在±20W/m~2之间,其结果均与塔中站实测资料吻合较好。因此利用参数修正后的SEBS模型估计塔克拉玛干沙漠地区能量平衡各分量具有一定精度,可满足区域地表能量通量的计算要求。     

基于MODIS的青藏高原亚像元积雪覆盖反演

针对积雪遥感监测中常用的二值分类算法误差较大的问题,根据青藏高原的地理环境特征,并在考虑地表覆盖的情况下,以MODIS数据作为数据源、TM/ETM+数据作为"真值"影像,选用7个不同雪盖子区建立了青藏高原MODIS像元雪盖率与雪盖指数之间的线性关系模型,并用其它4个雪盖子区对模型的稳定性和精度进行分析。结果表明:该方法能有效的提取青藏高原MODIS亚像元尺度的积雪信息,反演结果与MO-DIS/NASA雪产品数据相比,精度得到明显改善。     

基于TM影像的草原沙漠化植被盖度分析研究

植被盖度是草原沙漠化评价的重要指标,以TM影像为数据源,结合地面调查数据和对应点的NDVI值,建立了植被指数与植被盖度间的回归模型,利用该模型生成植被盖度分布图;同时利用前人的植被盖度计算经验公式,生成同一区域的植被盖度分布图,并分别对其植被盖度数据进行分级。对比分级结果,发现:通过大量的地面调查数据建立的盖度分析模型分类精度较高,总精度达到85.42%,而通过经验公式计算,效果相对较差,其分类精度仅有75.00%。     

基于条件植被温度指数的干旱监测研究

以黑龙江军川农场为研究区域,应用Landsat TM卫星遥感数据计算和反演归一化植被指数和地表温度,采用条件植被温度指数(VTCI)的方法对该区域进行土壤表层水分监测.通过与同一时期的LST和NDVI模型的反演结果进行对比,结果表明:VTCI与该模型的纹理特征相似,干旱的分布规律几乎一致.应用土壤表层含水量数据对干旱监测结果进行验证,验证结果表明VTCI与土壤表层含水量有较好的线性相关性,进一步证实了VTCI是一种实时的干旱监测方法.     

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。     

Investigating natural drivers of vegetation coverage variation using MODIS imagery in Qinghai,China

The climatically sensitive Qinghai province of China has been recognized as a hotspot for studies on the feedbacks of terrestrial ecosystems to global climate change. Thus, investigating vegetation coverage and its natural drivers in Qinghai is an important focus of ecosystem research. On the basis of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) Enhanced Vegetation Index(EVI) time series data, we estimated the vegetation coverage in this region using the dimidiate pixel model. Trend analyses, correlations between meteorological parameters, changes in vegetation coverage, and the temporal and spatial relationships between soil texture and vegetation coverage were used to investigate the possible drivers of vegetation coverage variations. The results indicated that the reduction of vegetation coverage slowed down in the period from 2000 to 2012. Annual mean temperature was the main climatic driver of the total extremely low and low vegetation coverage areas in Qinghai, followed by the precipitation anomalies. The extremely low and low vegetation coverage areas were mainly distributed in regions with a mean annual relative air humidity of <40% and the spatial distributions of these two area types differentiated along the 200-mm rainfall contours. The total extremely low and low vegetation coverage areas were mainly characterized by sandy clay loam soil, followed by loamy sand and sandy soil. Regions with sandy loam or loam soil have the greatest risk of vegetation coverage reductions. Knowledge of vegetation coverage variation and its natural drivers in the ecologically fragile region of Qinghai can provide scientific support for managing environmental change and desertification.     

基于MODIS的民勤绿洲植被覆盖变化定量分析

以典型沙漠绿洲-民勤绿洲为研究区,利用MODIS陆地3级标准数据产品MOD13,通过改进的植被覆盖度估算模型对2000～2010年7月的植被覆盖度进行了估算,并对其进行分级,通过空间叠置定量分析了不同级别植被覆盖度的分布特征及动态变化。研究发现,从2000～2010年11年间,民勤绿洲轮廓变化明显,绿洲面积明显缩小,荒漠进一步扩张,极低覆盖度植被面积增加1106.01km2,相当于研究区总面积26.95%,中高覆盖度和高覆盖度植被面积分别减少133.63km2和54.75km2,各占研究区总面积的3.26%和1.33%;研究表明,11年来民勤绿洲面积萎缩明显,岛状绿洲大量消失,其中以西北部最为严重。     

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。     

近10 a来祁连山植被覆盖变化研究

NDVI作为植被生长状况及植被覆盖度的最佳指示因子,被认为是监测地区或全球植被和环境变化的最有效指标。基于2000-2011年250 m分辨率的MODIS NDVI数据并结合气候资料,采用最大值合成法、均值法、斜率分析法、相关分析法,研究祁连山生长季植被覆盖的时空变化及其与气候因子的相关性。结果表明：祁连山植被覆盖总体上自西向东递增,呈现东多西少的分布格局;植被覆盖变化存在明显的空间差异,表现为中西部植被覆盖增加,增加面积为79 149 km2,占祁连山总面积的52.93%;东部植被覆盖减少,减少面积为22 865 km2,占祁连山总面积的11.09%。近10 a来植被覆盖整体上呈增加趋势,生长季各月植被覆盖整体上呈增加趋势,全球气候变暖导致的降水增加是祁连山植被覆盖增加的主要原因。NDVI与气温、降水的相关性较高并存在一定的滞后性,6、7月NDVI分别与前期1月和前期2月的降水显著相关,相关系数分别为0.788和0.684;8、9月NDVI分别与当月、前期1月的气温极显著相关,相关系数分别为0.825和0.829。     

用MODIS数据反演地表温度的基本参数估计方法

利用MODIS数据反演地表温度所需的2个基本参数(大气透过率和地表比辐射率)的估计方法,由MODIS的可见光近红外波段计算得到大气水汽含量,根据大气透过率与大气水汽含量的关系,用辐射传输模型MODTRAN模拟得到大气透过率.由于MODIS的扫描带宽为2 330 km,遥感视角和大气温度会对大气透过率有比较大的影响,因此,提出了大气透过率的遥感器视角校正函数和温度校正函数.地表比辐射率主要取决于地表物质构成,尤其是植被覆盖程度,为此,提出了根据地表植被覆盖差异来估计地表比辐射率的方法,其中还引入了辐射比率参数及其确定方法.     

呼伦贝尔草原生物量估算的光谱模型

采用美国ASD公司Fieldspec3光谱仪,在内蒙古呼伦贝尔草原区进行了高光谱遥感地面观测与地上干物质量测定,并获取与试验同期的Terra/MODIS遥感数据。运用回归分析方法,构建实测归一化植被指数(ASD NDVI)与地上干物质量(ANPP)之间的地面光谱模型,分析ASD NDVI与Modis NDVI相关关系,建立基于Modis NDVI预测地上干物质量的Modis光谱模型。研究表明:呼伦贝尔草原的区域最优地面光谱模型为指数函数(n=49,R2=0.7496,P<0.001),ASD NDVI与Modis NDVI为线性相关关系(n=49,R2=0.7939,P<0.001),所建立Modis光谱模型的标准误差SE=62g/m2,平均预测精度为68.86%,该模型为呼伦贝尔草原区区域产草量测定提供了新方法。     

干旱区精河流域地表温度的模型反演研究

以精河流域绿洲为研究区,使用Landsat ETM⁺数据,采用单窗算法和普适性单通道算法对研究区地表温度进行反演,并将这两种算法的反演结果与研究区MODIS温度产品(MODIS LST)进行比较。结果表明：(1) 单窗算法和普适性单通道算法反演的结果总体趋势比较接近,研究区整体的平均温度相差约2k;(2) 采用改进型土壤调整植被指数(MSAVI)代替归一植被指数(NDVI)计算地表比辐射率可有效提高反演精度,并且同等条件下单窗算法的反演精度高于普适性单通道算法,两种算法的反演结果与MODIS LST的相关系数分别是0.9255和0.8651;(3) 在城镇区域,普适性单通道算法反演结果与MSAVI的相关性高于单窗算法,相关系数为0.8136,说明普适性单通道算法更适合干旱区大范围城镇地表温度的反演研究。     

干旱半干旱区植被盖度信息提取技术研究

为系统地研究干旱半干旱区植被盖度提取方法,比较了目前常用的几种高光谱影像植被盖度提取技术。结果表明:采用NDVI建立的像元二分模型对植被盖度的估测能力低于直接采用NDVI建立的回归模型;4种处理的PCR模型植被盖度估测的建模精度由高到低为:CR>NO>FD>SD;4种处理的PLSR模型植被盖度估测的建模精度由高到低为:FD>NO>SD>CR;FCLS分解的结果明显优于LS模型;综合分析后,认为基于FD的PLSR模型对研究区植被盖度估测效果最佳。文中研究旨在为干旱半干旱区植被盖度的更深入研究提供参考。