基于多源遥感数据的农业旱情监测方法比较研究

论文摘要

农业干旱是一种和人类生产生活息息相关的自然灾害,对农业生产影响最为直接。目前,基于气象站点观测数据的干旱指数不能有效监测区域尺度的农业干旱特征,而遥感技术可以有效地提供时空连续分布的数据,成为区域尺度干旱监测的重要手段,因此本文首先选取计算了8个能够表征干旱状况的遥感干旱指数,通过与站点实测数据计算的干旱指数和实测作物产量数据进行比较分析,确定了适合监测黄土高原地区耕地范围月尺度旱情的遥感干旱指数,利用性能最好的遥感干旱指数研究了黄土高原地区农业干旱时空变化特征。本文利用2003-2015年TRMM降水（3B43）数据、AMSR-E土壤水分数据、GRACE陆地水储量数据和MODIS的地表温度（LST）、归一化植被指数（NDVI）、蒸散发（PET、ET）遥感数据以及1960-2015年黄土高原地区及周边92个气象站点的月均温和月降水量数据,计算了2003-2015年黄土高原地区农作物生长季（4-10月）每月时间尺度的植被状态指数（VCI）、温度状态指数（TCI）、降水状态指数（PCI）、土壤水分状态指数（SMCI）、干旱胁迫指数（DSI）、温度指数状态指数（TVDI）、规模干旱条件指数（SDCI）和陆地水储量变化（TWSC）共8个可以表征干旱状况的遥感干旱指数,再结合气象站点的降水和气温数据计算的标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）,粮食作物单位面积产量数据对以上遥感干旱指数的可靠性进行比较评估,利用性能较好的遥感干旱指数分析了黄土高原地区耕地旱情的时空分布特征。此外,基于MODIS传感器8天的地表温度（LST）、归一化植被指数（NDVI）和蒸散发（PET、ET）产品计算了山西省2003-2015年农作物生长季（4-10月）每8天时间尺度的植被状态指数（VCI）、温度状态指数（TCI）、干旱胁迫指数（DSI）和温度指数状态指数（TVDI）,采用山西省2003-2015年粮食作物单位面积产量、冬小麦单位面积产量、干旱成灾面积和农作物绝收面积数据评估上述四种遥感干旱指数在山西省耕地范围内的旱情监测性能,进一步探讨了山西省典型干旱年份的旱情分布特征和农业干旱对冬小麦产量的影响。通过本文的研究,得出了以下主要结论:（1）在耕地范围内,SMCI、PCI和TWSC不能很好的监测黄土高原地区的农业旱情状况,VCI、TCI、TVDI、SDCI和DSI在监测黄土高原地区农业旱情时具有各自的优势,综合比较得出DSI和SDCI的测旱性能更好,但SDCI比DSI更多的考虑到了降水的因素,在时空尺度上的优势更为明显,所以SDCI最适合黄土高原地区的农业干旱监测。（2）2003-2015年黄土高原地区生长季的旱情平均状态为中度干旱,干旱程度在空间上表现为自东南向西北逐渐加重的趋势,耕地旱情的年际变化总体呈现出缓慢减轻的趋势,其中2006年干旱程度最为严重,2014年干旱程度最轻,耕地旱情的年内变化表现为4-8月持续减轻,8-10月持续加重,8月份旱情最轻,4月份旱情最严重。（3）将现有8天的时间尺度的VCI、TCI、TVDI和DSI这四种遥感干旱指数和成灾面积、绝收面积、粮食作物单产和冬小麦单产统计数据进行相关分析比较发现,DSI是每8天时间尺度上监测山西省农业干旱的最佳遥感干旱指数,TVDI表现较好,TCI和VCI在该区域的测旱能力最差。（4）山西省2003-2015年间,4月中旬至5月中旬干旱对冬小麦产量的影响最为显著,第113-137天,冬小麦处于拔节、抽穗和灌浆期,是生长最关键的时期。2005年山西省的冬春旱持续时间长（57-121天）,春旱对冬小麦单产影响很大。

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Abstract

1 引言

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 基于气象站点数据的干旱研究

1.2.2 基于遥感数据的干旱监测研究

1.2.3 目前存在的问题和不足

1.3 研究内容与创新

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.4 技术路线

2 研究区与数据

2.1 研究区概况

2.1.1 自然条件

2.1.2 农业生产条件

2.2 数据

2.2.1 气象数据

2.2.2 土地利用数据

2.2.3 GRACE数据

2.2.4 TRMM降水数据

2.2.5 AMSR-E土壤水分数据

2.2.6 MODIS数据

2.2.7 统计资料

3 研究方法

3.1 气象干旱指数

3.1.1 SPI指数

3.1.2 SPEI指数

3.2 单变量遥感干旱指数

3.3 多变量遥感干旱指数

3.3.1 干旱胁迫指数（DSI）

3.3.2 温度植被状态指数（TVDI）

3.3.3 规模干旱条件指数（SDCI）

3.4 相关分析

4 遥感干旱指数的性能评估及应用

4.1 遥感干旱指数性能评估

4.1.1 遥感干旱指数与气象干旱指数比较

4.1.2 遥感干旱指数与粮食单产数据比较

4.2 黄土高原地区农业旱情监测

4.2.1 农业干旱的空间分布

4.2.2 农业干旱的年际变化

4.2.3 农业干旱的年内变化

5 典型干旱年份旱情分析

5.1 最优遥感干旱指数的选择

5.2 典型干旱年份的旱情对比

5.3 农业干旱对冬小麦产量的影响

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

硕士研究生期间发表的成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡鹏飞

导师: 李净

关键词: 农业干旱,黄土高原,遥感,干旱胁迫指数,规模干旱条件指数

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学,植物保护

单位: 西北师范大学

分类号: S423;S127

DOI: 10.27410/d.cnki.gxbfu.2019.000456

总页数: 63

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