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。     

大气辐射校正软件LEDAPS与FLAASH对比研究

针对LEDAPS与FLAASH 2种大气辐射校正软件,从其算法原理、结果的目视效果以及典型地物的光谱特征等方面进行了对比研究,并利用MODIS相关产品分别对2种模型反演的地表反射率及由其反演得到的NDVI结果进行了评价。结果表明,2种软件操作简便,地表反射率反演的精度较高,均能在一定程度上消除大气影响;LEDAPS反演的地表反射率结果相对FLAASH的结果目视效果较好;根据MODIS NDVI产品对反演获得且升尺度后的红光、近红外波段反射率和NDVI结果评价表明,2种模型校正结果与MODIS数据产品相关性较好,均具有相同的变化趋势,2种模型的反演结果均具有较高的精度,且LEDAPS的反演结果精度更高。     

基于MODIS遥感数据的气溶胶光学厚度反演技术研究

[目的]研究基于MODIS遥感数据的气溶胶光学厚度反演技术,揭示气溶胶空间分布和时间变化特征。[方法]利用MODIS遥感数据中的MOD021KM与MOD03角度数据,采用6S辐射传输模型建立查找表,选取2015年3~9月某市以晴天为主的MODIS遥感影像,利用ENVI软件处理该时间段内质量相对较高的一系列遥感影像数据,提取处理后的Band 1红波段(0.66μm)、Band 3蓝波段(0.47μm)与Band 7近红外波段(2.10μm)的数据对大气气溶胶光学厚度(AOD值)进行反演。[结果]AOD值与PM10浓度结果类似,呈正态分布,与事先预期的负关系相反。[结论]利用MODIS遥感数据反演AOD值可以在宏观上指示空气污染的分布区域,对大气污染的预报与治理有一定的参考作用。     

植被覆盖区VIIRS与MODIS遥感指数的相关性

连续一致的遥感植被指数是获取地表植被动态变化的基础和前提。MODIS遥感指数具有较高时间分辨率且记录时间长,是快速、大面积获取植被信息的重要数据。然而,MODIS处于超期服役阶段,VIIRS是MODIS传感器的继承和发展,研究2种传感器同类植被指数的关系,以实现二者的联合应用,具有重要的应用价值。采用探索性数据分析方法,探究植被覆盖区VIIRS NDVI和MODIS NDVI的定量关系,结果发现:农田、林地、草地的VIIRS NDVI和MODIS NDVI均表现出显著的线性相关,相关系数最高可达0.96(P0.01),均值在0.8以上。经验证,面向农田、林地和草地的综合模型能精确反映植被区VIIRS NDVI和MODIS NDVI的线性关系。农田、林地、草地的MODIS NDVI的时序特征和综合模型反演NDVI的时序特征具有一致性,综合模型可有效应用于两者间的转换和时序应用。     

基于NDVI序列影像精化结果的植被覆盖变化研究

植被归一化指数(NDVI)是地表植被覆盖特征的重要指标之一.本文以三峡库区2001 - 2003年MODIS遥感数据反演的NDVI时间序列影像为例,研究NDVI影像序列的精化问题,包括降云及去噪处理的有效方法.在改进的BISE技术降云处理的基础上,采用小波软阈值降噪方法提取有效变化趋势.然后进行库区2001 - 2003年植被变化的变化矢量分析,采用阈值分割的方法将库区变化强度影像分为未变化、小变化、中等变化与剧烈变化四个类型.研究成果可为三峡库区宏观生态环境变化的掌握提供一定的依据.     

基于时间序列MODIS LST产品的重构研究

利用遥感数据可以对地球资源环境进行大面积连续监测,得到更为精确的研究结果,MODIS LST数据因其优化的时空分辨率成为较理想和常用的数据源。同时,遥感数据由于受到云、气溶胶以及传感器角度等影响均存在不同程度的噪声污染、数据缺失等问题。针对该现象,以河南省为研究区域,以MODIS LST数据为研究对象,利用谐波分析方法对河南省2011年全年每天四个时刻的MODIS LST 时间序列数据进行重构。结果表明,利用该方法重构的数据可对MODIS缺值70%以上的影像进行弥补,并且60%以上影像误差可控制在3℃以内,能得到较好的重构结果;同时重构LST数据与相应气温数据相关性大部分在0.8左右,能够较好拟合LST的变化趋势。     

水稻叶面积指数遥感反演方法对比分析

利用环境星HJ-CCD影像与同步获取的LAI实测数据生成江苏省江淮之间西部和里下河地区水稻的30 m HJ/LAI,对MODIS/LAI数据产品和利用MODIS数据与4尺度几何光学模型反演的LAI数据集进行质量评价,结果表明,不同植被指数与研究区水稻LAI的相关性差别很大,其中GNDVI与水稻LAI的相关性最好,R2为0.72,估算精度达70.89%,而RMSE仅为1.38,适于该区水稻LAI的遥感估算;研究区MODIS/LAI和基于4尺度几何光学模型反演的LAI与HJ/LAI的变化趋势较为一致,均呈现出西南和东北部LAI值较低、北部和中部LAI值较高的特征,但MODIS/LAI和基于4尺度几何光学模型反演的LAI不仅变化范围较小,而且偏低明显,MODIS/LAI的低估现象更为严重;在1 km尺度上,MODIS/LAI和基于4尺度几何光学模型反演的LAI的精度分别为60.21%和66.56%,与HJ/LAI比较的R2分别为0.09和0.28(N=2 585),在0.01水平上显著相关。     

基于NDVI像元二分模型植被覆盖度反演喀斯特石漠化研究——以贵州毕节鸭池示范区为例

该研究在＂3S＂技术发展的背景下,以贵州省毕节鸭池示范区为研究区,选用2005年SPOT遥感影像,对遥感影像进行几何校正、图像配准等数据预处理,引入NDVI植被指数和像元二分模型,根据像元二分模型的理论,确定出NDVIsoil和NDVIveg,建立了反演植被盖度的像元二分模型。并根据大量的外业调查数据对所建立的模型进行了精度验证,定量估算了毕节鸭池示范区的植被覆盖度,取得NDVI植被指数与喀斯特石漠化之间的对应关系,得到研究区NDVI图像,最后由各覆盖度得出NDVI结果反演毕节鸭池示范区石漠化特征,得到研究区的各等级喀斯特石漠化的面积以及空间分布情况。利用该方法进行喀斯特石漠化研究,明显改善了分类的精度,为喀斯特石漠化生态修复及其他综合防治提供科学依据。     

基于多源遥感数据森林盖度的尺度转换

选取抚顺市为研究区,以森林盖度为研究对象,利用MODIS、TM多光谱遥感影像和航片数据,基于Bottom-up方法,建立两阶段森林盖度经验模型,并对模型进行了检验。结果表明：TM NDVI均值与地面实测森林盖度具有较好的相关性,两阶段模型可以较为精确的将航片解译的地面森林盖度扩展到中尺度空间范围;MODIS森林盖度预测值与实测值的RMSE为0．175,误差为15．9％;应用MODIS NDVI数据和第二阶段模型对抚顺市森林盖度进行估测,并将估测值转换为森林面积,结果与森林一类二类调查数据相差在15％以内,整体估测精度达到85％,在实际应用中具有一定的参考价值。     

米拉山不同坡向对植被盖度的影响

以米拉山高寒草甸区为研究对象,在不同坡向下,采用地表实测和多尺度遥感影像综合测量的方法,基于NDVI来计算植被盖度,分析比较实测盖度和遥感影像盖度的拟合关系。结果表明：所有样地的实测盖度中半阴坡和阴坡的植被盖度大于阳坡和半阳坡的植被盖度;阳坡在低海拔区实测盖度和遥感影像盖度总体上要小于高海拔区,半阳坡、阴坡和半阴坡在低海拔区实测盖度和遥感影像盖度大于高海拔区;对实测盖度和遥感影像盖度进行线性拟合,实测盖度与绿植最大时的盖度拟合状况良好,MODIS数据的盖度和实测盖度、绿植最大盖度均拟合状况较差,运用MODIS数据进行小范围植被盖度研究时需要实地测量对数据进行校正。     

多时相MODIS影像的浙江省水稻种植面积信息提取方法研究

    为准确获取水稻种植面积,以浙江省为研究区,利用8 d合成MODIS陆地表面反射率数据的特点和水稻典型物候特征,选取水稻种植前的休耕期、秧苗移栽期、生长期和成熟期等多时像MODIS地表反射率影像数据,通过归一化植被指数、增强植被指数及利用对土壤湿度和植被水分含量较为敏感的短波红外波段计算得到的陆地表面水指数进行水稻种植面积信息获取,将提取结果同现状水田与MODIS影像共同提取的数据以及浙江省统计年鉴数据进行对比分析.结果表明,利用MODIS影像的8 d合成地表反射率数据进行平原区域水稻种植面积提取,精度可达90%以上.因此,采用MODIS影像数据进行平原区域水稻遥感监测可以为政府决策部门提供信息服务.     

新疆北部地区积雪信息遥感反演研究

针对不同区域归一化雪被指数值(NDSI)上下浮动的问题,提出以对积雪响应敏感的NDSI和归一化植被指数(NDVI)为特征向量构建特征空间,建立基于MODIS数据的积雪丰度反演模型——NN模型。以高分辨率的Landsat TM数据对反演结果进行精度检验,NN模型反演积雪丰度值与获取自Landsat TM数据的NDSI值的相关系数R2为0.827。结果表明,通过建立NDSI—NDVI特征空间构建积雪丰度反演模型是可行的,且精度较高。因此,该方法对于了解干旱区积雪情况、评估其对新疆农业生产发展的影响具有一定现实意义。     

基于不同植被指数TVDI和VSWI模型的焉耆盆地土壤湿度反演

以新疆焉耆盆地为研究区域,基于Landsat 8 OLI数据计算归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、改进的修正土壤调整植被指数(MSAVI)、土壤调整植被指数(SAVI)以及地表温度(Ts)等,建立温度植被干旱指数(TVDI)模型和植被供水指数(VSWI)模型反演新疆焉耆盆地的土壤湿度,比较不同土壤湿度反演模型对研究区的适应性,进一步分析焉耆盆地土壤湿度的空间分布特征。结果表明,构建NDVI-Ts、MSAVI-Ts、SAVI-Ts、EVI-Ts空间特征,其散点符合三角形的关系,R²均0.83以上;利用不同植被指数NDVI、MSAVI、SAVI、EVI计算出的TVDI、VSWI与土壤相对湿度0～10 cm RSM数据呈现负相关关系,两种模型具有较高的一致性,利用MSAVI指数反演的TVDI、VSWI决定系数最高,R²分别为0.296、0.235;焉耆盆地湿度总体上以半干旱(0.60.8)为辅;土壤湿度空间格局,焉耆盆地中部出现正常现象,东南部和东...     

FY-3A卫星数据在辽宁西部地区旱情监测的应用研究

农业旱灾是人类面临的最主要的自然灾害之一。利用我国自主研发的FY-3A卫星的MERSI数据计算归一化植被指数(NDVI),将MERSI数据与MODIS数据结合,利用单通道普适算法计算陆地表面温度(LST),将归一化植被指数(NDVI)与陆地表面温度(LST)结合构建NDVI-Ts特征空间,依据该空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为土壤湿度监测指标,反演了2009年辽宁西部地区的土壤湿度状况。利用气象站点采样的土壤湿度数据进行验证,发现TVDI与实测土壤湿度数据显著相关,能很好地反映表层土壤湿度。并结合往年作物产量数据进行灾害评估,计算出的作物产量与干旱胁迫下的实际产量的误差在10%以内。表明该方法对辽西地区的作物产量评估具有较好的参考价值。     

阿克苏流域表层土壤湿度指数反演研究

【目的】为研究国产高分一号(GF-1)遥感影像在绿洲地区农情基础数据有效采集的可行性,对土壤湿度实施大范围区域监测。【方法】以新疆阿克苏流域为研究区,基于GF-1 WFV影像以及研究区63个土壤表层湿度的实测样点数据,对垂直干旱指数(PDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI)的土壤湿度监测效果进行比较和验证。【结果】(1)PDI和VAPDI与土壤湿度实测值的决定系数分别为0.589和0.735,各模型满足监测精度要求;(2)在植被覆盖较高的阿克苏绿洲,VAPDI指数模型监测精度高于PDI;(3)从反演的土壤湿度空间分布格局来看,VAPDI对土壤湿度变化更敏感,更能反映出不同植被覆盖程度下土壤湿度的实际水平。【结论】基于GF-1 WFV影像进行流域尺度的土壤湿度监测具有可行性。相比PDI指数模型,VAPDI通过对遥感影像中混合像元进行不同程度的分解,监测精度更高。研究结果能为阿克苏流域表层土壤湿度数据快速有效地采集和动态监测提供理论支持和验证。     

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。     

基于MODIS数据的大气气溶胶光学厚度反演——以皖苏沪地区为例

目的气溶胶是影响大气质量的重要因素,卫星遥感在气溶胶反演研究上的优势日益凸显。利用2016年5月16日和5月25日皖苏沪地区MODIS L1B数据,反演气溶胶光学厚度的分布。方法利用AERONET监测网中太湖、徐州、合肥、南京和上海监测站的太阳光度计观测数据,对反演结果进行了精度验证。结果结果表明:绝对误差不超过0.08,相对误差绝对值在18%以内,反演结果符合研究精度要求。结论反演结果与实际观测数据之间虽然存在一定偏差,但大致能反映研究期内皖、苏、沪地区气溶胶光学厚度的分布情况,研究结果具有一定的参考价值。     

利用MODIS数据反演植被指数的敏感性研究

根据Kaufman等提出的暗像元法,通过6S辐射传输模式,对MODIS的红光、蓝光、近红外通道辐射特性进行了敏感性实验.结果表明:三个通道的行星反射率对地表反射率都非常敏感,行星反射率随地表反射率的增加而增加.进一步提出了对地表反射率进行大气订正的思路,讨论了暗像元法确定地表反射率误差对大气气溶胶光学厚度反演结果的影响.最后计算分析了光学厚度反演误差对地表反射率大气订正传递误差的大小及其对NDVI、SAVI、ARVI和EVI 4种植被指数计算结果的影响.光学厚度误差对植被指数反演误差的影响以ARVI最为敏感,其误差范围与气溶胶光学厚度误差可达同一量级,两者呈负相关;NDVI与SAVI误差变化范围大致相近,与光学厚度误差均呈负相关.EVI受气溶胶光学厚度误差影响最小.     

基于TVDI模型的山西省农业旱情监测

土壤湿度是反映农业干旱状况的重要方法之一,而温度植被干旱指数(TVDI)能够有效地反演土壤湿度方法。研究利用MOD13A2和MOD11A2获取的归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(Ts)构建Ts-NDVI特征空间,依据该特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为农业旱情监测指标,结合实测的土壤湿度数据反演了山西省2012年夏季7,8月的农业干旱状况,并结合同时间的气象信息对干旱状况进行验证;然后结合MCD12Q1和DEM数据分析了土地利用类型、海拔高度和地形坡度对农业旱情的影响。结果表明,海拔高度在800 m以下,地形坡度为15°以下,土地利用类型以城镇用地、耕地和草地为主的地区是农业旱情最为严重的地区。     

陕北地区GIMMS、SPOT--VGT和MODIS归一化植被指数的差异分析

为了选择适合监测陕北黄土高原地区植被的最佳遥感序列数据,精确监测陕北黄土高原退耕前后的植被变化,选取GIMMS、SPOT-VGT和MODIS3种常用的遥感数据,运用相关分析和均方根误差分析方法,比较3种遥感数据在陕北黄土高原植被空间分布、归一化差异植被指数(NDVI)季节变化和年际变化3个方面的异同。结果表明:1)在植被空间分布方面,GIMMS/NDVI、SPOT-VGT/NDVI和MODIS/NDVI在大范围上的空间分布格局基本一致,但通过分布图分析可以看出,MODIS遥感数据由于其地物分辨率高及NDVI动态范围大的优点,比SPOT-VGT和GIMMS数据更适合于反映植被类型多样的陕北黄土高原地区植被的空间分布。2)在季节变化方面,3种遥感数据NDVI季节变化之间存在极显著的相关关系。其中,均方根误差分析结果表明,MODIS/NDVI与GIMMS/NDVI之间的差异明显大于MODIS/NDVI与SPOT-VGT/NDVI之间的差异;不同季节3种遥感数据NDVI差异也不同,夏季由于云雨较多,3种遥感数据NDVI之间差异最大。3)在年际变化方面,MODIS和SPOT-VGT数据反映出陕北黄土高原地区NDVI在1999—2007年间呈显著增加趋势,而GIMMS/NDVI却未呈现显著变化,说明GIMMS/NDVI在反映陕北高原地区植被年际变化方面存在显著缺陷。通过相关分析可以看出,GIMMS/NDVI和MODIS/NDVI年际变化之间的相关系数随植被覆盖度的升高而降低,尤其在针阔混交林区,其NDVI相关系数甚至为负值,表明GIMMS传感器对高覆盖度植被变化的响应不太敏感,与其他两者相比更易受水气和云的干扰。因此,GIMMS/NDVI不能作为历史均值NDVI直接应用到MODIS应用模型中,尤其在反映高覆盖度植被年际变化方面。