[碩士論文精品]基于遙感技術的三峽庫區(qū)農業(yè)干旱評價研究

摘要基于遙感技術的三峽庫區(qū)農業(yè)干旱評價研究土壤學專業(yè)碩士研究生劉靜指導教師劉洪斌研究員摘要千攀燕鑭縫我墓愛避界主農盈發(fā)瓣最主要靛囂豢志一，_予旱懿頻繁發(fā)生及箕繚農蛙造藏的巨大損失引起了各級政府部門的高度煎視。因此探索一些可行的方法般測旱情，以便采取榴應的措施和對策，對芏農業(yè)生產和人民生活都有非常熏要的意義。制用遙感技術研以在很賽對鎏分辨攀窩空囊勢辮攀主獲取避表黨譜整患透露子犟整濺，這疆褥遙惑整濺子攀凌舞囂前干旱蕊測研究的垂煮。但是現有的遙感簸測并沒有對于翠箍測模塹在不羼區(qū)域和不翮酵期內的適應餓進行分析，戳J比影響了旱情簸測精度。為了提高遙感監(jiān)測千翠的精度。肖必要在研究區(qū)域鶼特定黠簸內對干旱簸測指數的避應縫進行分撕，默滿足受準麟酶旱情籃測的需要。奉文在系統遺分析婁蘺國逡豁干警遙感監(jiān)濺研究現狀及其發(fā)展趨勢靛基毯主，漢重慶露為研究囂域，基于25、26年實測土壤禽水量數據期NASA兩站上提供的1999龍7年韻MODLS聲晶數據，針對熬庚審夏伏翠期平零的實踩饋凝，選擇植被狀態(tài)指數法、1、灄度植被單健指數法徹L幫棱被供水指數法VSWL，結食實測土壤糨對含水鬟數據，生藏疆究區(qū)域囂鋏旱絮壤裰對客承量空赫努毒鍪，葬對魄努褥塔土蘭種平旱蕊測模戮在本褥究區(qū)域夏鈦警時期干旱簸測酶適應性，在戴基磴上定麓地分叛了20淄篳霪慶帝特大予旱發(fā)生的時間和空間的變化情況研究的主要內容和結論如下1剃爝擅被狀態(tài)播數法、1、濕度棱被旱情捂數法強國L釋棱被供求指數法VSWL愛演磷究囂域25、粼舔年夏鉸摹熬懿壤揍霹窘拳蘸勢毒囂，分析了上述三魏予暈虢灝攆數對旱情的反映情況。鰳粱表明，三個指數的反演結果程旱情變化趟勢上與實際情況相吻合。其中VSWI翔VCL的反演縭采簌空聞分幫上的一致矬比較高，而刪的反演結巢襻在相對差異。2鍘耀實測壤糕對含承量數據，對于旱菠測模型反演黲壤糨霹舍東量避褥驗證，薺討論替種予翠監(jiān)濺模型譙本研究區(qū)域的適應性。結糶襲明，三種千翠溢測模型愛演的結果與實測俊的耀關性均達到攝著水平，雖然森不屈的予舉年際，不同指數對壤禽水徽反演戇適寂掛苓盡裙舞，煎是在整傣上看植被供承指數法VS鞭是研究基皖燕夏挾期最透瘟靜平暈鱉測橫燮，面溢囊蕊被攀情指數私渺1襄植被狀淼辮鼗，減小隨觀測角度的變他和太陽一瓣標轉感器幾何學因素引超豹交純。在生成植被指數格點資料時將應用分子散射、臭氧吸收、氣溶膠訂正算法，用BRDF模式將觀測量訂難到天頂角。32。3遙感數據處理文中對遙感影像的處理過程主要由董N圖像處理軟件完成，處理過程如下1利用軟件支持下，NASA網站上提供的MRT軟件，對MODLS產品數據MODLLA2、MODL3A2進行圖像投影轉換。采用G電。蓼APHICIA以瑚投影，像元大小0。OLO。2應用EN對遙感影像作躐幅拼揍，利耀重慶三蛺庫醫(yī)邊界矢量圖形剪甥蹬重慶三峽麾區(qū)的地表溫度圈和植被指數圖像。3用臥R、RI將2個時相8天合成的地表溫度用最大值合成法合成為1個時相16天的地表溫度數據。即是合成時，兩個時相對應的像元的最大值。17第4章干早監(jiān)測模型的適應性分析第4章干旱監(jiān)測模型的適應性分析本文研究干早時期是夏早伏早期5月25日9月13日，此時研究區(qū)域下墊面植被覆蓋度高，因此在選擇干旱監(jiān)測模型時，應選擇適合離植被覆蓋的干旱監(jiān)測方法。但由予單純使靂植被指數懿距平植被指數等會造成整測的滯后性；佟物缺東指數法精度雖褰，僵英計算復雜，冠層上空的氣象參數仍依賴于地面氣象站點，實時性不能保證。所以本文選擇以下三種干旱監(jiān)測指數植被葉面生態(tài)狀態(tài)指數構建需要輔助參數較少、對旱情反映較為敏感的植被狀態(tài)指數VCL，綜合考慮植被指數、地表溫度的遙感指數溫度植被旱情指數法T、西L和植被供求指數法VSWL，通過建立干旱指數與壤相對含永量盼關系模型，反演獲得研究區(qū)域的土壤相對含水量數據。將不同千旱模型反演的土壤相對含水璺數據與實測士壤水分進行對比，探討最適合研究區(qū)域的干旱監(jiān)測方法，為獲取更為精確的土壤相對含水壁分布提供科學依據。下面以26年7胃12日露月27墨數據為例，介紹各種干旱煎測指數的計算。4L干旱監(jiān)測指數的計算411溫度植被旱情指數法TVDITEMPERATLL心VEGETATIONDRYNESSIDEX溫度蠹被早馕指數法是由S鋤D弱LL等濰L提出來酶。裰據研究區(qū)植被狀況與壤承分變詫范圍較大，即研究區(qū)植被覆蒹包含從裸土到全覆蓋，土壤濕度從極干旱劉極濕潤各種情況，以遙感資料獲得下墊面溫度與植被指數的平面散點圖呈蘭角形關系【87】，即存在所謂的下墊面溫度植被指數特征空聞見圖41。在特征空間中，將不同植被指數條件下的最高下墊面溫度R激相連，構成了三角形豹旱邊，代表了該區(qū)域內的予旱上蹶，將其子旱指數定義為L。相應地將不同植被指數下的最低下墊面溫度TMIN相連構成了三角形的濕邊，代表了該區(qū)域內的最濕潤區(qū)，將其干旱指數定義為O。SANDHOLT等通過對簡化的，制DVI三角形空間進行研究，發(fā)現F。NDVL的特征空閩中有很多等值線，因此提出了溫度植被于旱指數M1的概念，定義為丁聊三二魚41一圖爭L籬他的TRNDVL特蘞空閻F毽41SIML，LI蠡酣S毯贍鼴T鋤PE豫T翻憋一VEGE越IONI謝拳XSPA其中、TM妯分別由植被指數與旱邊、濕邊線形擬合獲得。Z麟玎口642L爹西南大學碩士學位論文L；阿CD43式中A、B和C、D分別是旱邊和濕邊的線形擬合方程系數。NDVI為歸一化植被指數。TVDI值越大，對應的土壤相對含水量越低，TVDI值越小，對應的土壤相對含水量越高。根據植被溫度干旱指數原理計算TVDI干旱指數。由其原理可知，計算TVDL分為三步首先是獲取特征空間。本文利用MATLAB軟件，以植被指數O00L為步長，提取每個NDVI對應的所有地表溫度中的最大值和最小值；根據獲得的數據在EXCEL中作出散點圖，得到TS小D特征空間，如圖42所示。從圖中可以看出旱濕邊都不是在一條直線上，而是有分段的特征。從圖所示的2006年7月12日7月27日的早濕邊上點的分布狀況不難看出，最大溫度形成的點大致可分為4部分NDVIO85。由于在分辨率為00L。的像元中，可以認為NDVI085時旱邊的斜率為負值，但二者的斜率大小不一樣。Q、_一蝥贈摧舞一0402O02O406O8112植被指數圖422006年7月12日一7月27日的TSNDVL特征空間圖FIG42TSNDVICHARACTERISTICSPACECOMPOSEDFROMJULY12TOJULY27IN2006按照TVDI的原理，隨著植被指數的增加，陸地表面溫度最大值逐漸降低，且與植被指數呈線性關系。這里實際上是假定NDVI與植被覆蓋度呈線性關系，但實際情況并非如此。實驗證明，當植被覆蓋度小于15時，植被的NDVI值高于裸土的NDVI值，植被可以被檢測出來，但因植被覆蓋度很低，其NDVI很難指示區(qū)域的植物生物量；當植被覆蓋度由25、，80增加時，其NDVL值隨植物量的增加呈線性迅速增加當植被覆蓋度大于80時，其NDVI值增加延緩而呈現飽和狀態(tài)，對植被檢測靈敏度下降。實驗表明，作物生長初期NDVI將過高估計植被覆蓋度，而作物生長的后期NDVI值偏低。因此，NDVI更適用于植被發(fā)育中期或中等覆蓋度的植被檢測I黯J。鑒于上述的理論研究，在擬合早濕邊方程時，選擇處于中間范圍的NDVL，如圖42所示，擬合旱邊時，選取03對三個指數模型反演的結果進行對筑磷巍，應用主壤嫩分實測數據為檢驗標準，討論了備靜予莩菱灝模墼在車舔究送域瓣逶彥蕊。騷巍結栗表甥，三靜蓬囂摸壁能黠干旱避零亍有效的監(jiān)測。僵氐予霞慶地區(qū)地形笈雜，僅考慮檬被指數煎VEL在干旱監(jiān)測孛的作用是有限的；結舍植被指數鞠地表溫度酶千翠監(jiān)測方法冀遙應于本研究聰域酌干旱鍪測，但由予應溺WDL瓣暖究區(qū)域嬲要求較高，必須滿足壤襲艨含水量應從螫蔫含承量到羽間持承量的條籜，露蓖在于暈發(fā)生的時鬻，舔究區(qū)域熬下墊瑟狀猿不蓑溪是孫移L戇條釋，弧L對研究區(qū)域千幕盜測懿適液性不好VSWL法簌應用時需甏下墊西差異不太，在磷究區(qū)域予譬發(fā)生隨熬，能滿足這一條件，嗣此VSWL指數懸研究區(qū)域譙漫伏早期適應憔最好的遙感監(jiān)測模型。4潮用VSWL指數計算的26年重庚市特太子旱酎期的主壤褶對含水鬟辯空分布匿，統計分褥了騷究送域手旱發(fā)生麓簿麓交純特鬣。戇累表臻，綜套考疼重慶泰鑫S三個霹贊熬毒16張一期的壤禽水量等級圈，發(fā)現重慶市在遮三個月期間發(fā)擻了大面積的薰大干旱。從時間變化上看，5月25日石月25圈兩期中全市沒脊發(fā)生干翠現魏；干旱從發(fā)嫩剽緩解分為三個魏羧，其孛旱臻發(fā)堂勰黧毒囂26鏊羹|L瑟有6。27窩L。21霪積豹囂域分剃楚手輕早黎中旱欺況，沒蠢鬟翠豹情璐；予翠孛麓寒囂13爨焉秀2寒霞輕導、中攀秘重旱的臻爨分別為4480、1365和2679；半旱解除期8月29日9月13疆8307的土壤含水量恢復越常，僅有15弘處予輕旱，。88處予孛攀，O。L毫處予鬣旱。5翻囊V鞠孵指數詩冀蕊26年重痰贅特大手旱時期熬土壤耀邋禽求攫黠空分騫瑟，努醚縣統計了鑫蟪的受旱情囂，定贛靜分析了研究區(qū)域予犟時麓空瓣努毒礴捷。結票襲囔，空潮分布土，在于犟發(fā)生的初期，容南部受早最嚴震，有20的區(qū)域蘧積受旱捌干旱中期，西南大學碩士學位論文旱情向西部發(fā)展，茲北部受旱最嚴重，受翠露積裹達98，其次是瑟南部，其受旱面積達95；在旱情解除期，東北部、中部和東南部恢復得較快，受暈面積比例均小予20，而巍北部和西南部重災區(qū)旱情緩解較慢。仍有40以上的面積處于干旱狀況。6利用土地利用現狀圖，分別提取各類土地利用類型受旱像元數，并與該類總像元數比較，得到受旱像元瑟積孬分比，分析了冬類土地利用豹受旱情況。結果表明不褥土地利用現狀受于早影響的變化程度不同。其中水田受干旱影響變化最大，其次是旱地和其他用地，受干旱影響最小的是林地和草地。在干旱發(fā)生初期，水田的濕潤比例最高。旱地其次，林地、其他用地和草地的濕潤比例相對較低，但正常面積比例相當；到干旱發(fā)生中期旱情進一步加重，此水遨受重面積比例最大，受重旱面積達到毒2。毒8，其次為其他用地和旱地，受鬟孚靜面積比例分別為30，L矗、2875，草地和林地受旱情況最輕，草地受重旱的比例最低；到9月份旱情基本解除時期，水田旱情解除最為緩慢，水田仍有O18的面積處于重旱的情況，林地和草地的恢復最快，超過90的面積均恢復了正常狀況。62討論1本文使用的地表溫度數據是NASA提供的1KM分辨率、8天合成的地表溫度產品MODLLA2，LL分辨率的遙感圖像存在混合像元問題，影響了干旱監(jiān)測的精度，使得干旱指數與壤水分實濺數據穩(wěn)關系數不高。2本文采用植被供水指數法VSWI對2006年干旱進行監(jiān)測，VSWI法適用于植被覆蓋度較高的地區(qū)，而在重慶市區(qū)植被覆蓋較低，其適用性需要進一步驗證。3杰于研究區(qū)域地形比較復雜，并顯海拔高度相差較大，氣溫會受海拔高度影響，而地表溫度也會受氣溫影瞬，從麗影嚷予旱指數。因此結合地形因素對平旱指數模型進行進一步的精度提高是以后應該研究的方向。46附表附表L重慶市2006年干旱發(fā)生初期6月26日7月11日各區(qū)縣受旱面積比例統計表區(qū)縣濕潤正常輕旱中旱重早區(qū)縣濕潤正常輕旱中早重旱重慶24856667823026OOO粱平16028026372OOOOOO渝北38475995159O00000忠縣11728574195O60OOO北碚41365687162O15O00萬州9068815267012000巴南32846642074O00O00東北部云陽3289535132O06000西北部合川590439451460050OO奉節(jié)16“7994326O16000潼南4792518LO27OOOO00巫溪354L595942LO79OOO銅粱45345458O08O00OOO巫山19157916I65004O00大足50834348568OOOO00墊江59873595389O29OOO長壽46465194129O30O00豐都94677261032295OOO中部榮昌63023519179OOO0OO涪陵24987326172O04000永川49594972O690OOO00武隆LO90707215722660OO壁山56234354O23O000OO南JII16567716566062O00西南部江津35396267173O2LO00石柱1311688L1549259O00綦江7579193O50O000OO彭水130363961768532OOO萬盛118986042080OOOOO黔江56247783592LO68OOO爾罔郡城口537L403L553O450OO酉陽41876431744195000東北部開縣7668668526040O秀山65L8828522O00047西南大學碩士學位論文附表2重慶市2006年干旱發(fā)生嚴重期8月13日8月28日各區(qū)縣受早麗積比例統計表區(qū)縣濕潤正常輕早中早重早區(qū)縣濕潤正常輕早中早重早重慶OOO144151627135626梁平OOO90839OL19393251渝北O(jiān)00314242218265439忠縣0OO62059222088137L北碚OOO492309718094602萬州OOO1843600711071043巴南00003L53。8330371549東北部云陽O。001380732L343956西北部合川O00064634LO178285奉節(jié)00027OL55067271065潼南O00O002OL2889510巫溪O002039355913353067銅粱OOO0OO117314847342巫山OOO3002516073L1107大足O00O3089313507727墊江OOO266145312457036長壽OOO28513OO14057010豐都O002287441718891407中部榮昌0OO0305369048530涪陵OOO7，455044L7162495永川O00281152930805110武隆O266756271152554壁山OOO14013391851667L南川O0018397208746207西南部江津O00983409233081618石柱0003248305815912103綦江OOO51355883113787彭水0OO166960491198LO85萬盛0OO943“152189453黔江OOO1730516811091994東南部城口0002692181714344056酉陽O0025256349480647東北部開縣0001253580878L2157秀山O0017847042627547附表附表3重慶市2006年干旱解除期8月29日9月13日各區(qū)縣受旱面積比例統計表區(qū)縣濕潤正常輕早中早重早區(qū)縣濕潤正常輕早中旱重早重慶O0056853S66749O00梁平01L914283501LO00渝北O(jiān)0053544423223000忠縣O059456275105160北碚OOO71472779O59O15萬州012946035L158019巴南OOO82961537160O06東北部云陽0389568206170O18西北部合川O0034326426119O24奉節(jié)1399676133044O08潼南OOO30956827O70O09巫溪1459293453110O00銅粱O0026597317O16O08巫山115969L12606LO07大足O0028027182O16O00墊江O0775992394OOOOOO長壽OOO63023596O94008豐都O639252625O52007中部榮昌OOO3542“18O40O00涪陵O008320153614LO04永川677205L7217O4LO14武隆0429947O1L0OOOOO壁山00032486717O35OOO南川0339594373O00OOO四用鄙江津O0071472680169O03石柱1069748082O50014綦江O0077062294O000OO彭水O789817O800250萬盛OOO88471153O000OO黔江O369843112O09OOO爾罔郡城口O009486295215O03酉陽0299916O48O06O東北部開縣0789640188O86O08秀山O939685213O09O0049參考文獻3】F纛穗L潮。A。，DAIS，FW。SOUF辯蠢V藕翻黼遮磷嘲E融CS濺蠡髓弛翟C嗽嫩骶囂鑫耄鑫LL辨蹣雕矗羹。REMAL琶SENSENVIRON，199448L17【54】蹦CE，JCUSINGSP嘶AICONTEXTINSATCLLITEDA瓴TOIN衙REGJONAL霸豫LEEVAPD仃齟SPI傭田IEEEN黼鈾CTISGI蹦CE粕DR蜘TES蹦SNG，L99028940948簽鬈C鹺工N；墓壁疆霪6萋；耋簍引I殳螢蓁Q。差IJ需L霧蠢霪矍薹鬻簍豢剖霉垂I塞一霧警L陌；翟垂善T盛礴魏蠢掌姜ILL蓑呈霾嬖葷童H；緲。耋礙苧薹萋妻羹季薹薹緩；。；L蕈晌I耋；竄L。墨霧NULLX西南大學碩士學位論文【78】劉志明，張柏，晏明等土壤水分與干旱遙感研究的進展與趨勢明地球科學進展二003，184576581【79】梁風榮，再談重慶高溫干旱陰四川氣象，2007，2731820，【80】張英普等玉米不同生育期水分脅迫指標【J】灌溉排水，200L，2041820【8L】張樹譽，李登科等MODIS資料在2005年陜西春早過程監(jiān)測中的應用【J】中國農業(yè)氣象，2006，273204209【82】劉玉潔，楊忠東MODIS遙感信息處理原理與算法【M】北京科學出版社，2001【83】H嬸紈DCDAAC1LSGSGOV抽ODISMODL3A2ASP【84】W柚ZM，MODISL鋤DSUR缸ETE硼螂砷盯EAIGORITHM1NHEORCTICALBASISDOCU珊M“LSTATBDVE塔I33，CONTACTNUMBERNAS53L370，APRIL1999【85】MO珊MS。CLARKETR，INOUEY，ETA1ESTIMATINGCROPWATERDEFICITUSINGTHCRCLATIBCT、V咖SUMCEAIRT咖PCRATU他鯽DSPEC昀IVEGC協TIONIIIDEX【刀R鋤OTESSENVI姍，199449I246263F86】S船DLLOLI，黜姍USSENK，ANDERSONJ。ASIMPLCINTEF印E仫TI鋤OFMESU出TEMPC|隨TUF劬比GETATIONIND“SPACCFORSES鋤ENTOFSU啦CCMOISTURESTAMS【J】RE啪TES朗SINGOFEN“RONN踟T，2002792L3224【87】C盯LSTN，GILLIESRRPE九YEMAMETLODTOM