基于温度植被干旱指数的曲靖市干旱监测研究

本研究利用MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)产品数据,构建Ts-NDVI特征空间,计 算温度植被干旱指数(TVDI),分析评价云南曲靖市 2010—2012 年的干旱时空分布状况。结果表明, 2010 年曲靖市遭遇了非常严重的干旱灾害,受灾面积高达研究区总面积的 80%以上,基于 TVDI 指数的 旱情动态监测方法适合云南省曲靖干旱监测。本研究建立的温度植被干旱指数模型提高了干旱监测的 实用性,在曲靖市干旱监测上具有很好的适应性,可以广泛应用到该地区干旱监测研究中,为曲靖的农 业防灾减灾能力和可持续发展提供科学保障。     

不同空间尺度土壤水分研究进展

土壤水分是土壤学与水文学等相关学科研究的重点领域和热门话题,是岩石圈—大气圈—生物圈—水圈中水分循环的关键环节。本研究从小区、坡面、流域、区域四个空间尺度探讨土壤水分时空分布格局及主要影响因子,发现各空间尺度土壤水分的研究侧重点及主控因子均不相同,因此提出了不同空间尺度上土壤水分的未来研究方向,为多方位、多角度、多视野探索土壤水分变异及拓展相关领域的研究提供理论依据。     

基于AMSR-E数据的土壤湿度监测研究

[目的]通过建立AMSR-E土壤湿度监测模型,实现土壤湿度的实时监测。[方法]利用1961～2006年广西蒸发量、逐日降雨量、日平均最高气温、日最小相对湿度、≤5mm降雨日数等气象观测数据,以及AMSR-E土壤湿度数据,通过逐步回归的统计方法,基于GIS技术进行土壤湿度实时监测研究,并对其监测结果进行验证。[结果]2005年9月23日广西土壤湿度值较低的区域主要分布在桂东北地区和桂中地区,包括桂林市、柳州市、来宾市等市大部分地区,以及贺州市、贵港市、南宁市、河池市、百色市等市的局部地区。[结论]基于地面气象观测数据的AMSR-E土壤湿度统计模型适用于土壤湿度的实时监测。     

内陆河灌区土壤水分空间变异的尺度效应

采用经典统计学和地统计学Kriging插值法研究了内陆河灌区土壤水分空间变异的尺度效应．结果表明,尺度对经典统计学参数中的中值和平均值的影响很小,对方差和变异系数的影响较大．在垂直剖面上,不同水平层次土壤含水量的方差和变异系数的变化规律随尺度而不同．土壤水分的等值线在垂直剖面上的分布规律在相同的尺度下是不同的,并且与经典统计学参数所反映的垂直变化规律也不相同,但相邻层次上具有相似性．在尺度变化的情况下,随着尺度的变大,土壤水分的等值线变得越来越稀疏,闭合中心的数量逐渐减少,位置发生移动．说明土壤水分空间变异性与采样点数目和采样尺度密切相关,随着采样尺度的增加,土壤性质的结构等级发生转变,不同结构性等级中,影响土壤水分的过程、因素不同．     

基于随机森林模型的黑龙江省地表温度降尺度的研究

作为研究地表能量平衡的重要参数,地表温度是研究地表物理过程、监测全球资源环境以及气候变化的重要指标之一。通过降尺度处理提高MODIS LST数据空间分辨率,对LST和气候的研究都具有重要的意义。选取黑龙江省作为研究区,选择MOD11A2数据,通过随机森林算法对MODIS LST(1 000 m空间分辨率)进行降尺度处理,并通过气象数据作为验证。试验结果表明：利用随机森林算法对黑龙江省LST数据进行降尺度,降尺度结果良好,降尺度LST的均方根误差（Root Mean Square,RMSE）为2.13 K。     

基于GCM泾河流域未来温度变化的降尺度预测

【目的】分析泾河流域21世纪温度变化的趋势,为流域未来气候变化情景的构建及当地农业的可持续发展提供参考依据。【方法】基于泾河流域18个气象站点的日平均温度和日最高、最低温度实测数据,以及美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料、英国Hadley气候预测与研究中心的全球气候模型HadCM3在A2和B2情景下模拟的大气环流因子,利用统计降尺度模型SDSM,对泾河流域21世纪3个时期(2020s,2050s,2080s)温度的时空变化进行预测。【结果】A2、B2情景下,泾河流域未来3个时期(2020s,2050s,2080s)的温度变化均表现出明显的上升趋势,且随时间的推移增幅增大。3个时期的温度变化具有季节差异,日平均温度在A2、B2情景下均以夏季变化最为显著(A2:1.2,2.5,4.5℃;B2:1.3,2.4,3.2℃);日最高温度在A2情景下以秋季变化最为显著(1.0,2.4,3.8℃),B2情景下则以冬季变化最为显著(1.0,2.0,2.9℃);日最低温度在A2情景下以夏季变化最为显著(1.1,2.4,4.4℃),B2情景下则以秋季变化最为显著(1.4,2.3,3.3℃)。温度变化同时也存在空间差异,以东南-西北方向增幅较高,东南部是高增长的中心,东北部和西南部增幅相对较小。【结论】泾河流域未来3个时期(2020s,2050s,2080s)的温度有明显上升,并具有一定的时空差异和季节差异。     

温度植被干旱指数、干燥度指数、水体分布与干湿特征的关系

干湿研究的手段分为站点监测研究与遥感监测2种,由于遥感监测应用较晚,且不具有明显的周期性,二者的监测原理不同等原因,很少有人将2种手段的监测结果进行直接的比较研究。本研究基于气象数据和中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroadiometer,简称MODIS)数据,分别计算得到山东省聊城市干燥度指数(aridity index,简称AI)和温度植被干旱指数(temporature vegetation drought index,简称TVDI),基于高分辨率卫星遥感影像数据,提取聊城市地面详细的水体信息及其分布,得到水体分布的相对密集区域以及相对稀疏区域,最后将三者的结果进行对比分析。结果表明,(1)山东省聊城市AI、TVDI之间存在着很大的相关性,聊城西部地区2种指数明显偏高更为干燥,其中东部、西部TVDI均值分别为0.42、0.53,AI均值分别为1.79、1.86;(2)2种干湿指数的年尺度上升下降趋势基本吻合,季节间特征表现形式不同,但都可以反映相似的干湿状况空间分布规律;(3)东部、西部河流及缓冲区不覆盖区占东部、西部地区总面积比例分别为17.37%、37.71%,也呈现出西部干东部湿的特征,且与2种指数的分布规律相似。     

基于TVDI的内蒙古植被生长期干旱研究

利用内蒙古地区2007、2008年植被生长期（4～9月）的MOD13A3和MOD11A2数据,建立温度植被干旱指数（TVDI）模型,并对其进行验证,将得到的内蒙古地区的TVDI数据划分等级,分析了其时空变化特征。结果表明,①从气象站点、样点的土壤含水量与TVDI的散点图看出,TVDI作为内蒙古植被生长期的旱情评价指标具有一定的合理性。②内蒙古地区植被生长期主要以轻旱和中旱为主,占全区面积的70%以上;湿润、正常和重旱的面积所占比例较小。③在时间尺度上,内蒙古地区4、5、6月旱情比较严重,7、8月份旱情有所缓解,是全年干旱最轻的时段,而进入9月份旱情又逐渐加剧;在空间尺度上,东北部地区4～9月份旱情比较轻,干旱等级主要以湿润和正常为主;其他地区在7、8月份旱情比较缓和,以轻旱和中旱为主;其中西部的沙漠地区在4～9月份的旱情均十分严重。     

基于ndown的WRF模式降尺度方法研究

在WRF中尺度模式应用中,多层嵌套是一种常用的降尺度方案,能满足不同空间和时间分辨率研究的需求。而在实际应用中,对于已有的模拟结果分辨率不能满足应用需求,或者是研究区域发生了改变的问题,重新嵌套模拟的方法耗时久、效率低,尤其是需要模拟长时间序列气象数据时多层嵌套就有明显不足。本文利用WRF模式提供的单向嵌套降尺度功能,能有效地解决上述问题。     

基于AMSR-E与MODIS数据海表面温度遥感反演研究

海洋表面温度是海洋环境的重要参数。遥感技术是进行海表面温度研究的有效手段之一。以印度洋北部海域为研究区域,利用Aqua卫星上的微波数据（AMSR-E）和光学数据（MODIS）,进行了海表温度反演研究。首先对AMSR-E L2A数据和MODIS-L1B数据进行预处理,然后将AMSR E的各极化通道亮温数据与实测海表温度进行相关性分析,通过多元线性回归建立AMSR-E海表温度的反演模型,而MODIS海表温度则通过采用线性多通道算法得到,最后以AMSR-E亮温数据为主,MODIS海表温度数据为辅,采用多元线性回归的方法建立了海表温度反演模型。利用该模型反演印度洋北部海域海表温度,反演结果与实测数据相比,其均方根误差为0.323 97 ℃。     

基于指数滤波法的中国区域深层土壤水分估算

微波遥感技术已经可以实现区域尺度表层土壤水分的观测,但是与生态、水文和农业等领域更密切相关的是深层土壤水分,如何实现由表层土壤水分估算深层土壤水分仍是亟待解决的科学问题。本研究利用中国区域2 121个土壤水分观测站点的多层土壤水分数据(统计数据未含港、澳、台地区。下同),基于10 cm土壤水分,应用指数滤波法分别估算20、30、40和50 cm深度的土壤水分。结果表明：1)随着土壤深度的增加,指数滤波法的估算精度逐渐下降,NSE(纳什效率系数)中值对应4个深度分别为0.76、0.54、0.39和0.28,R²(决定系数)中值分别为0.86、0.73、0.64和0.59,RMSE(均方根误差)中值分别为0.023、0.027、0.028和0.028 m³/m³;2)由2 121个土壤水分站点率定得到的站点最佳T值(表征土壤水分从表层运移至深层的时间)的中值估算深层土壤水分具有可行性,尤其估算浅层(如20 cm)土壤水分时,估算结果与用最佳T值相比,93%的站点NSE差值<0.05,82%的站点RMSE差值<0....     

基于温度植被干旱指数法(TVDI)的朝阳县干旱监测

利用Landsat 8数据,将归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)结合建立二维特征空间,依据二维特征空间分布图拟合干、湿边方程,进而计算温度植被干旱指数(TVDI),并对旱情分布进行分析和评价。利用土壤含水率实测值与反演的地表温度建立模型,并通过模型反演出土壤含水率与实测值进行精度检验。结果表明,随着归一化植被指数的增加,最大地表温度(Tsmax)随之减小,最小地表温度(Tsmin)基本上随之增大,Tsmin和Tsmax的趋势线交汇于一点组合成近似的三角形形状;2016年5—8月,朝阳县全县范围内基本都存在不同程度的旱情,其中6月份旱情最为严重;TVDI与不同深度的土壤含水率的相关性显著,可以较好的实现对旱情的监测。     

基于植被供水指数的藏北地区土壤湿度反演研究

【目的】利用光学遥感数据获取的植被供水指数来反演西藏那曲地区的土壤湿度,结合高分辨率的遥感数据(GF-1)和中低分辨率的遥感数据(Landsat、MODIS)分别建立土壤湿度反演模型,通过比较不同空间尺度反演模型的精度和适用性,拓宽国产高分遥感数据在农牧业信息定量获取等方面的应用范围,为"天地网一体化"的现代农业信息获取和农情信息遥感监测提供理论基础。【方法】以西藏那曲地区为研究区,以代表高、中、低分辨率卫星数据的高分一号(GF-1)、Landsat-8及MODIS影像数据和土壤湿度实测数据为数据源,利用植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)构建土壤湿度反演模型,比较3种遥感影像在反演土壤湿度方面的差异。【结果】(1)VSWI反演土壤湿度的最佳深度为10 cm左右;(2)基于GF-1、Landsat-8和MODIS构建的反演模型得到的土壤湿度预测值与实测值的均方根误差分别为5.145、5.227和6.298,可见GF-1和Landsat-8的反演效果相当,均优于MODIS的反演效果;GF-1土壤反演模型的拟合效果最佳;(3)研究区土壤湿度在空间上呈东南向西北递减的趋势,与实地采样点的土壤湿度分布趋势一致,说明利用高分辨率遥感数据监测土壤湿度是可行的。【结论】利用GF-1遥感数据和植被供水指数可以实现对藏北地区的土壤湿度反演,研究结果可以为干旱或者半干旱地区大范围的土壤墒情监测提供理论依据和实践参考。     

土壤管理方式对伏旱期柑橘生长及土壤温度和水分的影响

【目的】研究伏旱期柑橘园不同土壤管理方式对土壤温度、水分和柑橘Citrus reticulata生长的影响。【方法】试验地点位于重庆北碚,以资阳香橙砧沃柑为材料,2016和2017年高温伏旱期采用清耕(对照)、铲草覆盖、化学杀草覆盖和自然生草4种土壤管理方式,测定地表(0 cm)以及10、20和30 cm土层温度变化,测定0～10、10～20和20～30 cm土层含水量、地表最大开裂宽度、柑橘根系活力和秋梢生长量,统计不同土壤管理成本。【结果】土层越浅土壤温度和水分的波动越大。总体上,不同土壤管理条件下各土层日平均温度、最高温度和温度日较差为清耕化学杀草覆盖铲草覆盖自然生草;在极端高温天气(气温41℃)时,清耕、化学杀草覆盖、铲草覆盖和自然生草的土表最高温度分别为69.6、45.6、37.5和35.0℃。各土层含水量以自然生草和铲草覆盖最高,清耕最低,清耕0～10 cm土层含水量显著低于其他处理。柑橘根系活力和秋梢生长量均为铲草覆盖化学杀草覆盖清耕自然生草。土壤管理成本为清耕自然生草铲草覆盖化学杀草覆盖。【结论】综合效果、成本与简便省力,在高温伏旱期,平地和缓坡橘园宜采用铲草覆盖。     

日光温室内土壤温度对土壤含水率变化的影响

为探究土壤表层的含水率随土壤温度变化的规律,以呼和浩特地区的日光温室室内土壤为研究对象,利用土壤水分-温度传感器测试土壤含水率和土壤温度,采用Gaussian函数多峰拟合和线性拟合方法对土壤温度与含水率的关系进行拟合分析。结果表明:在3个试验区域的不同深度土层内,土壤含水率随土壤温度的变化均呈现线性变化规律,且越接近土壤表层,线性关系越显著。通过拟合方程得到的含水率计算值与实测值相对误差小于5%。本研究对日光温室内土壤环境的监测与控制具有指导意义。     

保护性耕作对黑钙土水分及温度的影响

以黑龙江省兰西县黑钙土为研究对象,在常规、免耕、秸秆覆盖3种耕作处理下,研究了玉米田不同深度下土壤水分及温度的动态变化.结果表明,保护性耕作可以增加土壤水分,以20 cm土层内效果明显.3种耕作处理的土壤含水量差异不大,秸秆覆盖处理增加水分的效果最好,秸秆覆盖处理的土壤含水量略高于免耕处理,保护性耕作对增加20 cm以...     

土壤水分变异对降雨和植被的响应

在我国半干旱地区水土流失严重的黄土高原,开展土壤水分的时空变异研究有着极其重要的生态意义,是土地可持续利用的基础。该文利用时间序列分析方法,研究了黄土高原丘壑区降雨、植被对土壤水分特征变化的影响。结果表明,红豆草和豌豆的表层土壤含水量对降雨响应速度快于油松土壤含水量;水分入渗增湿与同期降雨量密切相关;土壤含水量对降雨的响应时间随土层深度的增加而变长。     

基于多光谱遥感的土壤含水量定量监测与分析

土壤含水量直接影响农作物的生长状况,是决定耕地质量的一个重要参数.从土壤含水量对耕地质量的影响出发,利用资源三号卫星(ZY-3)多光谱数据和实地测量数据进行对比,采用回归分析法,建立遥感光谱指数反演土壤水分含量数学模型,并以含山县铜闸土地整理项目区为例,分析整理区与未整理区土壤含水分变化及空间分布.结果表明,增强型植被指数(EVI)与不同耕层土壤水分线性拟合效果较好,相关系数达0.79以上,EVI值可有效反演土壤水分,多光谱遥感可以大面积定量监测土壤含水量.整理区与未整理区相比,低含水量水平面积减少32.7％;中等含水量水平面积增加1.9％;高含水量水平面积增加30.8％,整理区的含水量及分布明显高于未整治区,说明土地整理项目增强了土壤保水保墒能力.     

基于不同旱情指数的石羊河流域春旱监测研究

【目的】 对石羊河流域的旱情进行监测,找出更能体现区域旱情变化趋势和适宜石羊河流域的监测指数,为业务化干旱监测打好基础,提供科学手段,也为该区农业生产和防灾减灾提供决策依据。【方法】 文章基于HJ-1A/B的CCD和IRS数据,针对2018年石羊河流域出现的一次较为严重的春旱,采用3种遥感旱情监测指数（TVDI、VSWI、VHI）进行监测,并结合实测土壤湿度进行相关性分析并建立模型。【结果】 3种指数均能反映出研究区域旱情的发生发展及变化过程。其中,3—4月VSWI指数与土壤湿度的相关性最高,相关系数分别为-0.85（P<0.001）和-0.89（P<0.001）;5月旱情缓解后,TVDI指数与土壤湿度的相关性高于VSWI和VHI指数,相关系数为-0.76（P<0.001）。将监测点划分为水浇地和旱地两种类型,TVDI指数适用于反演水浇地的土壤墒情;对于旱地类型,3种指数均可以用来反映旱地土壤墒情。建立土壤湿度与3种遥感指数的关系模型,3—4月VSWI指数建立的模型调整后的R²最高,分别为0.72和0.79,模型的平均绝对误差和均方根误差均低于10%。5月旱情得到缓解后,TVDI指数建立的模型调整后的R²在0.58以上,高于VSWI和VHI指数。【结论】 TVID指数更适用于墒情较好的区域进行土壤湿度的反演,VSWI指数则适合在干旱时期进行干旱监测和反演土壤湿度。     

辐射与低温水入渗对土壤水热变化规律的影响

【目的】研究辐射与低温水入渗条件下土壤水分和温度特性的变化规律,为进一步研究如何改善水库下游河岸带生态环境提供理论基础。【方法】以中细砂为代表性土样,利用自主研制的试验系统装置,设置3种辐射温度(无辐射、30和40℃),分析了在低温水入渗(水温10℃、入渗水头25cm)和不同辐射温度作用下土壤内部水分和温度的动态变化特性。【结果】砂土湿润锋的垂直距离和稳定入渗率随辐射温度的升高而增加。辐射热流增加,土壤表层温度升高,温度梯度增大,表面向内部的传热量增加,土壤内部温度升高;辐射温度为40℃时,土壤内部温度梯度大,且整体平均温度较无辐射时要高。有无辐射热流,低温水的入渗均会对土壤内部温度和水分分布产生影响,且土壤深层温度降幅较大。有辐射时,土壤表层温度明显高于无辐射。【结论】在低温水入渗条件下,辐射温度的变化对土壤水、热动态均会造成影响,其影响范围和强度因辐射温度的不同而存在差异。