干旱遙感監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用發(fā)展2015

干旱遙感監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用發(fā)展相比于其他的自然災(zāi)害，旱災(zāi)具有自己的特點(diǎn)：（１）形成緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)生和結(jié)束難以判斷；（２）對(duì)不同對(duì)象的影響方式不同，例如，對(duì)農(nóng)作物會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物枯萎，而對(duì)動(dòng)物會(huì)導(dǎo)致飲水困難；（３）空間分布范圍上難以界定；（４）水利設(shè)施和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素決定了影響的嚴(yán)重程度；（５）具有時(shí)間對(duì)比性，歷史記錄的比較對(duì)判定有很大的影響；（６）影響具有滯后性，如一定時(shí)間后爆發(fā)糧食危機(jī)等。干旱遙感監(jiān)測(cè)方法與應(yīng)用分析裸土地表類型的監(jiān)測(cè)方法1.熱慣量法2.微波法及其模型植被覆蓋地表類型的監(jiān)測(cè)方法1.基于反射率的植被指數(shù)法2.地表輻射的植被指數(shù)法3.其他指數(shù)模型基于反射率的植被指數(shù)法常用的干旱遙感監(jiān)測(cè)植被指數(shù)有：歸一化植被指數(shù)（NDVI）距平植被指數(shù)（AVI）條件植被指數(shù)（VCI）歸一化差值水分指數(shù)（NDWI）歸一化干旱指數(shù)（NDDI）植被供水指數(shù)這些指數(shù)是由可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外波段進(jìn)行線性或非線性組合得到。歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)（ＮＤＶＩ）是表征植被綠度的最常用指數(shù)植被生長(zhǎng)好時(shí)，NDVI值較大，而干旱導(dǎo)致植被缺水時(shí)，NDVI會(huì)降低，從而NDVI的波動(dòng)可以用于表征指示干旱程度，Ｒouse最早將歸一化植被指數(shù)用于美國(guó)中部大草原地區(qū)的植被季節(jié)性干旱監(jiān)測(cè)。歸一化植被指數(shù)在不同區(qū)域、不同植被類型其可比性較差，因而僅把ＮＤＶＩ作為旱情指標(biāo)，可能會(huì)導(dǎo)致較大的不準(zhǔn)確性，而且ＮＤＶＩ對(duì)于降水的響應(yīng)具有明顯的時(shí)間滯后性,這顯然不能及時(shí)捕捉旱情的發(fā)生和結(jié)束景況。距平植被指數(shù)距平植被指數(shù)（AVI）為某年NDVI值與多年平均NDVI值的偏離值，AVI＝NDVIｉ－NDVIＡNDVIｉ為某一年某一時(shí)期ＮＤＶＩ的值，NDVIＡ為同期多年ＮＤＶＩ的平均值。如果AVI的值大于０，表明植被生長(zhǎng)較一般年份好；如果AVI的值小于０，表明植被生長(zhǎng)較一般年份差。這種相對(duì)偏差的方法消除了植被空間上的差異，但與降水響應(yīng)的滯后性仍然存在。條件植被指數(shù)條件植被指數(shù)（VCI）表示年度NDVI波動(dòng)的相對(duì)偏差NDVIMAX、NDVIMIN為最大、最小NDVI值。VCI指數(shù)可以反映出NDVI指數(shù)因氣候變化的影響而產(chǎn)生的變化，可指示大范圍干旱狀況，尤其適合于低緯度（＜50°）地區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)。但是，物候的變化也會(huì)造成VCI的差異，因而只適用于物候期比較平穩(wěn)的植被生長(zhǎng)的中后期或者常綠植被。歸一化差值水分指數(shù)（NDWI），其形式與NDVI類似，但引入了短波紅外波段，因而能更有效地提取植被冠層的水分含量，在植被冠層受水分脅迫時(shí)，NDWI指數(shù)更能及時(shí)地響應(yīng)ρＮＩＲ是近紅外波段的反射率，ρＳＷＩＲ為短波紅外波段的反射率。NDWI與植被的冠層含水量有很好的相關(guān)性，并能在不同濕度的草地呈現(xiàn)出較強(qiáng)的層次感，反映出植物體內(nèi)水分信息的細(xì)微差異。但是，NDWI并不適用于作物生長(zhǎng)前期或植被覆蓋度較低情況下的旱情監(jiān)測(cè)。而且，NDWI對(duì)旱情的反應(yīng)也有一定的滯后性，因?yàn)樽魑锕趯铀值淖兓幸粋€(gè)過(guò)程，發(fā)生旱情時(shí)葉片的水分不一定就會(huì)有大的變化，有充足的水分時(shí)，葉片水分也不一定就能達(dá)到飽。歸一化干旱指數(shù)歸一化干旱指數(shù)（NDDI）是NDVI和NDWI的組合NDDI指數(shù)有較好的普適性，不僅適用于植被茂盛的地區(qū)，在植被稀少地區(qū)也同樣適用，同時(shí)適用于整個(gè)植被的生長(zhǎng)期。另外，通過(guò)組合不同的光譜波段，提出了更多、更復(fù)雜地表狀態(tài)的植被指數(shù)，如歸一化多波段干旱指數(shù)ＮＭＤＩ，是利用ＭＯＤＩＳ傳感器的２、６、７這３個(gè)波段數(shù)據(jù)建立的指數(shù)模型植被供水指數(shù)植被供水指數(shù)（VSWI）。植物的冠層的氣孔在植物缺水的壓迫下，會(huì)關(guān)閉氣孔防止水分的蒸發(fā)，這也同時(shí)導(dǎo)致了植物冠層溫度的升高。在水分充足時(shí)，植被指數(shù)和冠層溫度都保持在一定范圍內(nèi)，如出現(xiàn)旱情，植被指數(shù)會(huì)降低，同時(shí)植被冠層缺水，其溫度也會(huì)因氣孔被迫關(guān)閉而升高，以此原理得出植被供水指數(shù)。供水指數(shù)越小，指示旱情越嚴(yán)重Ts為植被冠層溫度，NDVI為歸一化植被指數(shù)。植被冠層溫度隨植被指數(shù)變化的直線斜率是反映土壤濕度的理想指標(biāo),利用這一指標(biāo)，可建立VSWI和地面干旱指數(shù)之間的回歸方程，來(lái)確定某一區(qū)域的干旱的面積植被供水指數(shù)法的應(yīng)用有幾個(gè)必須條件，首先，此模型方法適用于植被覆蓋度高的地區(qū)。其次，受土壤的物理參數(shù)，以及植被的生理特點(diǎn)影響，如植被葉片氣孔的開(kāi)閉、土壤含水量的滯后效應(yīng)，光照及植被種類等。第三，由于溫度的變化具有明顯的季節(jié)性和波動(dòng)較大，不同時(shí)期、不同地區(qū)的供水指數(shù)與土壤含水量的關(guān)系，不具有普遍意義，必須積累長(zhǎng)期的遙感資料進(jìn)行對(duì)比分析玉米水分利用效率研究抗旱系數(shù)(Chionoy1962)Dc=水分脅迫下的平均產(chǎn)量(YD)/非水分脅迫下的平均產(chǎn)量(YP)抗旱指數(shù)(蘭巨生1990):D=(Ya/Ym)x(Ya/Ya*)Ya.Ym.Ya*分別表示基因型旱地產(chǎn)星,水澆地產(chǎn)量和鑒定試驗(yàn)中供鑒基因型在旱地產(chǎn)量的均值水分適宜指數(shù):WAI=(Yn/yna)x(Yn/Yta)Yn,Y