基于温度植被干旱指数的云南干旱遥感监测

土壤水分是干旱监测的一个重要指标,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,利用归一化差值植被指数(NDVI)和分裂窗法反演的地表温度建立的NDVI-Ts特征空间中,得到温度植被干旱指数(TVDI),很好地表征了土壤水分的空间分布,从而实现干旱的监测。对云南省2009年1月、3月和2010年1月、4月干旱的时间、空间特性进行监测,监测结果表明冬春季旱情分布比较广,受旱面积均超过70%,其中重旱主要发生在滇西南和滇中北部,并且从冬季到春季,整个旱情均出现由南向北发展的趋势,发生干旱总面积在减少,但旱情等级在提高,春季重旱比冬季重旱面积大。应用相关研究成果对干旱监测结果进行验证,结果表明利用温度植被干旱指数(TVDI)进行干旱监测,干旱发生范围与实际干旱发生情况是基本吻合的,其中重旱的主要集中区域在空间分布上是基本一致的,监测结果可信,能够为相关决策部门提供有力的信息支持。     

基于多源数据的武陵山区干旱监测研究

由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标———温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10 cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。     

基于NDVI—ST双抛物线特征空间的冬小麦旱情遥感监测

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI—ST和EVI—ST的特征空间,发现NDVI—ST和EVI—ST的特征空间具有双抛物线型特征。将其与三角形NDVI—ST、EVI—ST及LAI—ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数（TVDI）数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI—ST特征空间能更好地反映地表10cm土壤水分状况。以双抛物线型NDVI—ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011—02—26~2011—05—16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点。     

基于TVDI的黄土高原干旱时空变化与其影响因素

为探讨黄土高原地区2001—2020年间干旱时空变化特征及其影响因素,利用MODIS增强植被指数(Enhanced vegetation index, EVI)以及地表温度(Land surface temperature, LST)数据,构建温度植被干旱指数(Temperature vegetation dryness index, TVDI)模型,探究黄土高原地区2001—2020年TVDI指数时空动态、变化趋势并利用地理探测器模型分析TVDI空间分异性的驱动因子。结果表明：2001—2020年间黄土高原TVDI空间分布具有较强的空间分异性,总体上呈现从西向东旱情逐渐增加的趋势,黄土高原多年平均TVDI为0.522,整体上处于轻旱状态。从TVDI多年变化趋势上分析,超过64%的区域有干旱加剧的趋势,且存在明显的地域分异规律,黄土高原西北部的内蒙古、宁夏北部以及山西部分地区旱情大多呈加剧趋势,而旱情缓解区域较为集中,多分布于陕西中部、宁夏南部和甘肃北部。各土地利用类型的TVDI年际变化均呈现不同程度上升的趋势且各土地利用类型年均TVDI差异明显,从大到小依次为：未利用地(0.571)...     

Drought Remote Sensing for Winter Wheat Based on Double Parabola NDVI- ST Space

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI - ST和EVI - ST的特征空间,发现NDVI-ST和EVI - ST的特征空间具有双抛物线型特征.将其与三角形NDVI - ST、EVI - ST及LAI-ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数(TVDI)数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI - ST特征空间能更好地反映地表10 cm土壤水分状况.以双抛物线型NDVI - ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011 -02 -26 ～2011 -05-16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点.     

基于RS的安宁河上游植被覆盖时空变化研究

以TM和ETM+遥感影像为数据源,利用RS和GIS技术,提取和分析了1999—2010年安宁河上游植被覆盖度及其时空变化特征,并结合Aster DEM数据分析了不同海拔高度带和坡度带的植被覆盖分布及变化特征。研究结果表明,研究区植被覆盖状况总体较好,植被覆盖度fc≥0.5的区域面积占研究区总面积的比例达60%以上;研究区植被覆盖度总体呈增加趋势,Ⅰ级(fc≥0.7)、Ⅱ级(0.5≤fc0.7)和Ⅲ级(0.3≤fc0.5)植被覆盖度区域面积分别增加了1.24%、4.36%和2.28%,而Ⅳ级(0.1≤fc0.3)和Ⅴ级(fc0.1)植被覆盖度区域面积呈减少特征,分别减少了25.72%和12.28%;植被覆盖度较低的区域主要分布在海拔高度相对较低的地带,随着海拔高度的升高植被覆盖度呈现出先增加后减少的趋势,海拔高度低于3 000 m的地带植被覆盖变化较为明显,主要表现为低植被覆盖度向高植被覆盖度转化,其中海拔高度低于2 500 m的地带变化最为显著,海拔高度大于3 000 m的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化相对较小;研究区植被覆盖度较高的区域主要分布在坡度相对较陡的地带,而植被覆盖度较低的区域主要分布在坡度相对较缓的地带,植被覆盖度变化较为明显的区域主要集中在坡度25°~45°的地带,其次是坡度0°~25°的地带;坡度45°以上的地带受人为活动影响小,植被覆盖变化不明显;受水热条件的影响,研究区植被覆盖度随坡向的变化特征呈现从大到小依次为阳坡(135°~225°)、半阳坡(45°~135°)、半阴坡(225°~315°)、阴坡(0°~45°,315°~360°),1999—2010年各坡向地带的植被覆盖度均有不同程度的提高,其中,阳坡提高幅度相对较大,阴坡提高幅度相对较小。     

基于VTCI空间尺度上推方法的干旱影响评估

基于关中平原Aqua MODIS条件植被温度指数(VTCI)的干旱监测结果,分别采用分布式和聚合式的主导类变异权重法(DCVW)、算术平均值变异权重法(AAVW)和中值变异权重法(MPVW)对市域单元内VTCI进行空间尺度上推,以获取冬小麦主要生育期聚合后的加权VTCI;以加权VTCI与冬小麦产量间的回归分析精度为参考,选择最为合适的空间尺度上推方法。结果表明:采用分布式获得的加权VTCI与冬小麦产量的回归分析结果整体优于聚合式获得的结果。在分布式的上推过程中,MPVW获得的加权VTCI与冬小麦产量间的回归分析精度较低,DCVW和AAVW的精度均较高,其中DCVW获得的加权VTCI与冬小麦产量间回归分析的决定系数R2达0.64,精度最高,说明采用分布式DCVW对市域单元内VTCI进行空间尺度上推得到的加权VTCI最为合理。     

基于VTCI和分位数回归模型的冬小麦单产估测方法

条件植被温度指数(VTCI)是一种综合了归一化植被指数(NDVI)与地表温度(LST)的遥感干旱监测方法,在关中平原的近实时干旱监测中具有其适用性。分位数回归能全面反映因变量的条件分布在不同分位数处的特征,回归结果稳健可靠。为了进一步研究VTCI干旱监测结果与小麦单产之间的关系及提高冬小麦单产估测精度,构建了不同分位数τ(0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)下关中平原各市2008—2014年的冬小麦主要生育期VTCI与单产之间的线性回归模型,并基于中位数(τ=0.5)回归模型对研究区域的冬小麦单产进行了估测。结果表明,分位数回归模型比较全面地反映了不同分位数下冬小麦单产分布与VTCI之间的相关程度,弥补了最小二乘估产模型回归结果单一、易受异常值影响等的不足。中位数回归模型的单产估测结果与实际单产之间的相对误差和均方根误差的最小值及平均值均低于最小二乘回归模型,估测精度较高。此外,中位数单产估测模型获取的冬小麦估产结果在年际变化规律与空间分布特征上与实际产量均较相符,说明分位数回归在研究VTCI与产量之间的关系及冬小麦单产估测中具有其适用性与可靠性。     

基于SARIMA模型和条件植被温度指数的干旱预测

基于时间序列遥感数据反演的条件植被温度指数(VTCI)干旱监测结果,应用季节性求和自回归移动平均模型(SARIMA)对关中平原进行了分区域干旱预测建模,得到了2009年4月上旬至5月下旬每旬1步、2步和3步共18旬的预测结果,并分析了预测精度.结果表明,SARIMA模型的预测精度随着预测步数的增加而降低,6旬1步预测结果的绝对误差频数分布基本是单峰分布,主要分布在-0.2到0.2之间;6旬2步预测结果的绝对误差频数分布出现双峰分布,3步预测结果绝对误差分布分散,且误差变大.通过分析干旱的时空分布规律,发现关中平原地区干旱具有较明显的区域特征,且1步预测和2步预测结果的干旱时空分布与监测结果较吻合,3步预测结果的不确定性较大,由此得出SARIMA模型适用于关中平原VTCI 1 ～2步预测研究的结论.     

应用中值融合模型的条件植被温度指数降尺度转换研究

为获得基于Landsat卫星遥感数据更为精确的定量化干旱监测结果,以陕西省关中平原为研究区域,基于Aqua MODIS数据反演的1 km空间分辨率的条件植被温度指数(VTCI)的定量化干旱监测结果(MODIS-VTCI)和Landsat OLI/TIRS数据反演的30 m空间分辨率的VTCI相对干湿监测结果(Landsat-VTCI),应用降尺度的中值融合模型(MFM)将基于MODIS数据反演的VTCI降尺度至30 m空间分辨率的VTCI定量化干旱监测,并对其结果进行验证。结果表明,应用降尺度的中值融合模型转换的VTCI定量化干旱监测结果(MFM-VTCI)与Landsat-VTCI的空间分布及纹理特征相似,两者间的相关系数和结构相似度均较大,均方根误差、差值影像及差值频数分布图所呈现的结果与定量化干旱监测结果和相对干湿监测结果间的系统误差相符,表明Landsat-VTCI与MFM-VTCI间的可比性较强。MFM-VTCI与累计降水间的相关性和MODIS-VTCI与累计降水间的相关性相近,均大于Landsat-VTCI与累计降水间的相关性,表明MFM-VTCI是定量化的干旱监测结果。     

RS技术在灌区管理决策方面的应用

根据目前灌区灌溉管理存在的问题,将RS技术应用在灌溉管理决策中。提出了保证灌区实现良性循环以水价为计算因子的评价指标,并根据作物不同生长特性的光谱反映。在实现节水目标的前提下,给出合理的配水方案,使灌区实现节水增效的目标。     

灌区农业干旱模拟与灌溉效益评估

根据农田水量平衡原理，建立了灌溉条件下的干旱模拟模型。以湖北省某灌区旱作物棉花为例．模拟该灌区17年来棉花发生干旱的情况，根据模拟结果．通过对比分析了该灌区自然条件下和灌溉条件下的棉花、晚稻产量与干旱所造成的损失。对该灌区的灌溉效益进行了评估。     

基于NDVI和FAO56 Penman-Monteith的河套灌区作物腾发量空间分布研究

以内蒙古河套灌区为研究对象,利用灌区2006—2010年的水均衡资料和MODIS数据,以区域水量平衡法得到的灌区作物腾发量ET为控制总量,建立了灌区年均作物系数(Kc)与年均归一化植被指数(NDVI)的统计关系,并以基于NDVI的Kc作为分配因子,结合FAO 56推荐的Penman-Monteith方法得到了作物腾发量的空间分布。结果表明,1利用NDVI估算Kc是可行的,河套灌区年均作物系数Kc与年均NDVI间的关系可以表示为Kc=1.477 NDVI+0.166;2将基于NDVI的Kc作为分配因子可以较好地实现大区域尺度上作物腾发量的空间分布。     

基于遗传算法的小麦套玉米节水型优化灌溉制度研究

以2009年内蒙古河套灌区春小麦套种玉米田间实测资料为基础,分别应用水量平衡原理与作物系数法得到套种作物生育各生育阶段实际腾发量;然后以作物-水模型为基本原理,采用多元线性回归方法对套种作物不同生育阶段水分敏感指标进行求解,其变化规律为：拔节-抽穗＞分蘖-拔节＞喇叭口-灌浆(玉米)＞抽穗-灌浆(小麦)＞苗期-分蘖,最后应用基于实数编码的遗传算法对小麦套玉米作物灌溉制度进行优化,结果表明,作物生育期内适宜的灌水量为450mm。     

黑龙江省抗旱节水灌溉集成技术模式研究

黑龙江省水资源总量为810.33亿m3,人均占有量和耕地亩均占有量都低于全国平均水平,水资源时空分布不均、季节性干旱频发、作物生育期内水量分布不均等因素加剧了农业灌溉用水短缺,严重影响了旱作区作物种植面积的发展和产量的稳定与提高。分析了机械化暗式注水灌溉技术、中耕补水技术、喷滴灌技术等抗旱节水灌溉技术的特点效果,根据玉米调亏水分灌溉指标、作物受旱生态表现及土壤干旱状况分级,提出了抗旱节水灌溉集成技术模式,缓解了水资源供需矛盾,减少了干旱带来的损失,为实现粮食持续稳产高产提供技术支持。     

季节性河道引水灌区优化配水研究

针对季节性河道引水灌溉理想优化供水与实际供水具有一定差异的特点 ,在研究常规渠系优化供水基础上 ,提出了供水过程修正和渠系实际配水过程设计 ,其理论在典型灌区进行了实际应用 ,并取得了良好效果     

基于生态足迹的河南省水资源评价分析

利用水资源生态足迹模型对河南省2005-2014年的水资源生态足迹、生态承载力进行了分析。在考虑黄河客水情况下的结果表明:12005-2014年间河南省总水资源生态足迹呈现不断上升趋势,农业用水居于主导地位,累积贡献率为576.1%;2水资源生态承载力与降雨量之间有密切的联系,相关系数为0.925 5;310年间均出现不同程度的生态赤字,水资源负载指数也全为Ⅰ,水资源利用前景不容乐观;4人均水资源生态足迹相对较低,一直在0.35~0.42 hm2之间波动;万元GDP水资源生态足迹逐年下降,水资源的利用效率不断提高,但河南省总体水资源利用处于不安全状态。     

基于RS和GIS的灌区增产净效益最大配水模型

在有限供水条件下,为了使全灌区增产净效益达到最大。研究依据非充分灌溉中的调亏灌溉原理和作物的水分生产函数,推导出作物产量与土壤含水率之间的函数关系,并建立了全灌区某次供水增产净效益最大的优化配水模型。根据RS技术能够快速获取信息的特点,以陕西关中冯家山水库北干十一支灌区为例,用RS技术获取灌区土壤含水率情况,再用GIS计算出不同作物灌溉需水量数据,并根据来水量用Matlab计算软件对模型进行求解,可快速获得各斗渠优化配水量。模型在求解时不受灌区类型的限制,因此,模型具有较强的通用性、可操作性和推广性。     

豫北地区冬小麦耗水规律及不同水文年灌溉制度研究

试验研究了豫北地区冬小麦耗水规律。结果表明,分蘖期和孕穗—扬花期是冬小麦生育期需水的2个高峰,后一阶段需水量约占全生育期需水量的65%;利用动态规划的方法对Jensen模型进行求解,制定该地区不同水文年不同灌溉定额条件下的非充分灌溉制度,在来水不足的情况下,应保证拔节期和灌浆期的灌水;在来水充足的情况下,应保证拔节期、灌浆期、苗期和返青期的灌水。     

基于RS的昆明市松花坝水源区土地利用变化分析

松花坝水库是昆明市最大的城市用水供应水源,其水量与水质变化直接关系到昆明市的供水安全,水源保护区土地利用变化是引起松花坝水库水量与水质变化的主要原因.利用1992年的Landsat-TM和2000年的Landsat-ETM 两期遥感影像资料,对松花坝水源保护区土地利用的时空变化进行分析,发现1992～2000年草地、耕地面积明显减少,休闲园地、湿地面积明显增加,森林、建筑用地面积稍有减少,建筑用地与休闲园地集聚程度增加.最后进行了驱动力分析,提出了相应的水源地保护建议.