干旱遥感监测方法研究进展_杨世琦.pdf
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
随着全球气候变化的加剧，干旱频发的情况也日益严重，给农业生产、生态环境和社
会经济带来了巨大的影响。对干旱进行准确监测和预警显得尤为重要。遥感技术由于其快速、大范围、全天候获取信息的能力，成为了干旱监测的重要手段之一。本文将从遥感的
基本原理、干旱监测指标、常用的遥感干旱监测方法以及研究进展进行论述，以期为干旱
监测和预警提供参考和借鉴。
一、遥感的基本原理
遥感是指利用各种传感器获取地面、大气等目标物体的信息，然后将这些信息加工处理、分析、解译和应用的一门新兴科学。在干旱监测中，遥感技术的基本原理是通过获取
地表、植被、土壤和气象等信息，对干旱地区的植被覆盖、土壤含水量、地表温度、降水
量等进行监测和分析，从而得到干旱的状况和趋势。
二、干旱监测指标
1. 植被指数：植被指数是反映植被状况的重要指标，常用的植被指数有归一化植被
指数（NDVI）、修正的土地植被指数（NDWI）等。通过植被指数可以反映出植被的生长状况，进而判断干旱的程度。
2. 土壤含水量：土壤含水量是土壤中存储的水分量，是干旱监测的重要参数之一。
通过遥感技术可以获取地表土壤的含水量信息，从而判断土壤的干湿程度。
3. 地表温度：地表温度是反映地表热量分布的指标，干旱地区的地表温度往往较高。通过遥感技术可以获取地表温度的分布情况，从而判断干旱地区的范围和程度。
4. 降水量：降水量是导致干旱的主要原因之一，通过卫星遥感可以获取大范围的降
水量信息，从而分析干旱的发生和演变。
三、常用的遥感干旱监测方法
1. 基于植被指数的监测方法：通过遥感获取地表植被指数的信息，然后利用统计学
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
遥感技术是一种基于空间信息获取的技术。利用遥感技术可以实现对干旱地区的遥感
信息获取，进而对干旱进行监测。干旱监测方法研究进展如下：
一、经验指数法
经验指数法是一种基于经验的方法。该方法利用指数来刻画干旱指标，根据经验关系
来得到干旱等级。常用的指数包括：降雨量指数（PI），温度降雪指数（TDI），标准温度降雪指数（STDI）等。该方法与人的经验和专业知识相关，具有一定的主观性。
二、遥感指标法
遥感指标法是一种基于遥感数据的方法。该方法利用遥感数据提取干旱关键指标，如
植被指数（NDVI），温度等，再结合地面气象观测数据来刻画干旱情况。与经验指数法相比，该方法可以更准确地描述干旱状况，但对遥感数据的处理和解译能力要求较高。
三、模型法
模型法是一种基于模型的方法。该方法基于物理规律和统计理论，构建干旱评价模型，并利用遥感数据、气象观测数据等数据输入，进行干旱状况预测和分析。常用的模型包括：径流模型、叶面积指数模型等。相比于经验指数法和遥感指标法，模型法具有更高的科学
性和可靠性。
四、机器学习法
总之，基于遥感的干旱监测方法中，经验指数法简单易行但有一定主观性，遥感指标
法需要较高的遥感数据处理技能，模型法具有更高的科学性和可靠性，机器学习法能充分
发挥数据作用，具有更高的精度和预测能力。
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
1. 引言
1.1 研究背景
干旱是全球性气候变化的重要表现之一，对农业生产、生态环境
和社会经济发展都具有重要影响。随着遥感技术的不断发展，基于遥
感的干旱监测方法成为研究热点之一。遥感技术可以实现对大范围地
表信息的快速获取，为干旱监测提供了有效手段。研究人员通过分析
遥感影像中的植被指数、地表温度等参数，可以实现对干旱的实时监
测和评估。遥感技术还可以结合地理信息系统(GIS)、数据挖掘等技术，实现对干旱灾害的空间分布和趋势分析，为干旱防灾减灾提供科学依据。基于遥感的干旱监测方法对于加强对干旱灾害的监测和预警具有
重要意义。本文将综述基于遥感的干旱监测方法的研究进展，探讨遥
感技术在干旱监测中的应用、干旱监测指标的选取、遥感数据源的选
择以及遥感技术在干旱监测中的优势和挑战。
1.2 研究目的
研究目的是为了深入探究基于遥感的干旱监测方法在实践中的应
用情况，分析其在干旱监测中的优势和挑战，为进一步提升干旱监测
的准确性和效率提供理论基础和技术支持。通过对遥感技术在干旱监
测中的应用案例进行梳理和总结，进一步完善干旱监测指标体系，探
讨遥感数据源的选择与利用方式，为科研工作者和决策者提供更为全
面的干旱监测方法和技术支持。同时，研究具有指导干旱监测工作实
践的重要意义，可以为相关政府部门、科研机构和农业生产单位提供科学依据，指导他们更加科学、有效地进行干旱监测和应对工作，促进农业生产和生态环境保护的可持续发展。
1.3 意义
干旱是一种常见的自然灾害，对农业生产、生态环境和人类社会都造成了严重影响。开展有效的干旱监测工作具有重要的意义。基于遥感的干旱监测方法能够实现对大范围区域的实时监测和评估，为干旱灾害的预警和应对提供了重要依据。遥感技术还可以提供丰富的地表信息，为干旱监测和评估提供了更为全面的数据支持。通过引入遥感技术，还可以实现干旱监测工作的自动化和精细化，提高监测的准确性和时效性。基于遥感的干旱监测方法具有重要的实践意义和科学价值，对于提高我国干旱监测水平、加强干旱灾害防治工作具有重要的推动作用。。
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
随着全球气候变化的不断加剧，干旱成为世界范围内面临的严重问题之一。干旱对农业、水资源和生态环境等方面造成严重影响，因此进行准确的干旱监测和预测具有重要意义。遥感技术由于其无人参与、高效快速、广覆盖等特点，被广泛应用于干旱的监测和评
估中。本文将从传统遥感方法到现代遥感方法阐述干旱监测的研究进展。
传统遥感方法中，利用多光谱遥感数据来计算植被指数（例如NDVI）是常用的干旱监测方法之一。植被指数可以用来反映植被的生长状态，从而推测土壤水分含量。通过计算
不同时间的植被指数，可以得到干旱指数，用来判断干旱的程度。传统遥感方法在干旱监
测中存在许多问题，如数据获取周期长、不同传感器数据不一致等。为了提高干旱监测的
精度和准确性，需要引入现代遥感方法。
近年来，随着高分辨率遥感技术的发展，干旱监测越来越多地采用基于高分辨率遥感
数据的方法。高分辨率遥感数据可以提供更精细的土地利用/覆盖信息，从而更准确地判
断干旱的程度。基于高分辨率遥感数据的土地覆盖分类可以获得不同植被类型的分布情况，进而计算各个植被类型的植被指数并分析干旱情况。高分辨率遥感数据还可以用来监测植
被的物候期，进一步评估植被的生长状态和土壤水分状况。
基于热红外遥感数据的干旱监测方法也得到了广泛研究。热红外遥感数据可以获取地
表温度信息，通过计算不同时间的地表温度差异，可以判断土壤的水分状态。热红外遥感
数据还可以用来估算植被蒸腾量，进而推测土壤水分状况。与传统的植被指数相比，热红
外遥感方法具有更直接、更准确的干旱监测能力。
基于遥感技术的干旱监测方法研究
基于遥感技术的干旱监测方法研
究
一、遥感技术概述
遥感技术是一种通过飞机、卫星或其他载体，利用传感器远距离感知地表特征的技术。它在环境监测、资源管理、灾害评估等领域发挥着重要作用。干旱作为一种严重的自然灾害，对农业生产、水资源管理和生态环境保护等方面产生深远影响。因此，基于遥感技术的干旱监测方法研究具有重要的实际意义。
1.1 遥感技术的核心原理
遥感技术的核心原理是通过传感器接收地表反射或辐射的电磁波，将这些电磁波信号转换为数字图像或数据，进而分析地表的物理、化学和生物特性。遥感技术具有覆盖范围广、时效性强、成本相对较低等优点。
1.2 遥感技术的应用领域
遥感技术的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：
- 土地利用和土地覆盖变化监测：通过遥感技术可以监测土地利用类型的变化，评估土地资源的利用效率。
- 植被状况监测：利用遥感技术可以评估植被覆盖度、生物量和生长状况，为生态保护和林业管理提供数据支持。
- 水资源监测：遥感技术可以监测地表水体的分布和
变化，评估水资源状况和水文循环过程。
- 灾害监测与评估：遥感技术可以快速获取灾害发生区域的信息，评估灾害影响范围和程度。
二、干旱监测方法研究
干旱监测是遥感技术应用的一个重要方向。干旱监测方法的研究旨在提高干旱识别的准确性和时效性，为干旱预防、缓解和应对提供科学依据。
2.1 干旱监测的遥感指标
干旱监测的遥感指标主要包括以下几个方面：
- 植被指数：如归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)等，可以反映植被的生长状况和健康状况。
- 土壤湿度：通过分析土壤的微波辐射特性，可以估算土壤水分含量，作为干旱监测的重要指标。
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
随着气候变化的加剧，干旱事件在全球范围内越来越频繁和严重。干旱对人类社会和
自然环境都造成了巨大的影响，所以干旱监测成为了非常重要的问题。遥感技术因其广阔
的覆盖区域和高时空分辨率特性，已被广泛应用于干旱监测领域。本文将综述基于遥感的
干旱监测方法的研究进展。
1. 植被指数法
植被指数法基于植被受干旱影响减弱的原理，通过遥感数据计算植被指数的变化，来
反映干旱的程度。常用的植被指数有归一化植被指数（NDVI）、归一化差异植被指数（NDWI）等。在使用植被指数进行干旱监测时，需要根据不同的植被指数和监测区域的气候条件确
定相应的干旱指数阈值。
2. 基于温度比值法
基于温度比值法（TBR）是一种利用遥感数据进行干旱监测的方法。该方法主要是通过计算地表温度与大气温度之比，以反映地表水分情况。在干旱条件下，地表的蒸发散发会
减少，导致地表温度升高，而大气温度因为缺少降雨的冷却作用可能依然保持较高状态，
从而导致TBR值升高。因此，TBR值越高，代表区域的干旱程度越高。
3. 基于红外干热指数法
基于红外干热指数法（IRHI）主要是利用遥感数据计算红外辐射和可见光辐射之间的
比值，以表征地表水分含量。在干旱条件下，持续的高温天气会导致地表水分蒸发减少，
红外辐射与可见光辐射之比增大，因此IRHI值也呈上升趋势。同时，IRHI与TRB方法相比，更为稳健，可以避免由于大气校正误差等因素对监测结果的影响。
4. 基于径流量和蒸散量的方法
基于径流量和蒸散量方法通常采用水文模型估算区域的蒸散发和径流量，以反映干旱
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
一、遥感技术在干旱监测中的应用
1. 植被指数
2. 土壤水分遥感
土壤水分是干旱监测中的重要参数之一，而遥感技术可以通过微波遥感或热红外遥感
来获取土壤水分信息。微波遥感利用微波波段的信号穿透能力来获取土壤深层的水分信息，而热红外遥感则是通过地表温度的变化来推测土壤水分的情况。这些信息可以为干旱监测
和预警提供有力的支持。
3. 热惯性遥感
热惯性遥感是利用地表温度的变化来判断植被水分状况的一种遥感手段。在干旱条件下，植被水分减少导致地表温度升高，因此可以通过热惯性遥感技术来监测干旱的发生和
发展过程。
以上这些遥感技术都可以为干旱监测提供重要的信息支持，为决策者提供科学依据。
1. 遥感数据应用
随着卫星遥感技术的不断发展，各种高分辨率、多光谱的遥感数据不断涌现，例如Landsat、MODIS、Sentinel等系列卫星的数据都被广泛应用于干旱监测中。这些数据具有全球范围、长时间序列、高空间分辨率等优势，为干旱监测提供了丰富的信息资源。
2. 遥感技术融合
随着多源遥感数据的融合应用，研究者开始尝试将光学遥感和雷达遥感相结合，或者
将遥感数据与气象、水文数据相融合，以期得到更全面、准确的干旱监测结果。这种遥感
技术融合的研究是当前干旱监测领域的一个热点方向。
为了更好地利用遥感数据监测干旱，研究者不断开发和改进各种遥感技术模型，例如
土壤水分反演模型、植被水分模型等。这些模型可以更准确地从遥感数据中提取干旱相关
的信息，为干旱监测提供更可靠的依据。
三、未来研究方向和挑战
1. 多尺度遥感监测
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
随着人类社会的发展和城市化进程的加快，水资源的供需矛盾日益凸显。干旱作为水
资源短缺的重要表现形式，已经成为全球范围内的一大挑战。对干旱的监测和预警显得尤
为重要。传统的干旱监测方法主要依赖于气象观测站点的数据以及气象模型的模拟结果。
这些监测方法存在覆盖面有限、时空分辨率较低以及缺乏实时性等问题。基于遥感的干旱
监测方法具有广阔的应用前景，其研究进展对于解决干旱监测难题具有重要意义。
遥感技术可以获取地表信息、气象信息和水文信息等多种数据，为干旱监测提供了新
的途径。基于遥感的干旱监测方法主要包括多光谱遥感监测、热红外遥感监测和微波遥感
监测等。
1. 多光谱遥感监测
多光谱遥感主要利用卫星和航空平台获取的多频谱遥感影像数据，包括可见光、红外、近红外等波段的数据。通过提取地表植被指数、地表温度等参数，可以对干旱程度进行监
测和评估。多光谱遥感监测方法广泛应用于农业干旱监测、城市化导致的土地干旱监测等
领域。
2. 热红外遥感监测
微波遥感主要利用卫星获取的微波数据，可以穿透云层和植被，实现对地表土壤湿度
和植被水分的监测。微波遥感监测方法可以克服多光谱遥感在云层和植被遮蔽下的局限性，具有较强的适用性。微波遥感监测方法广泛应用于干旱地区的土壤湿度监测、植被水分监
测等领域。
随着遥感技术的不断发展，基于遥感的干旱监测方法也取得了长足的进展。主要体现
在数据源的多样化、监测精度的提高、监测时空分辨率的增加等方面。
1. 数据源的多样化
随着卫星遥感技术的不断发展，获取地表信息的手段越来越多样化。目前，除了可见光、红外等波段的卫星遥感数据外，地球观测卫星、气象卫星等新型卫星的数据也开始被
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
遥感技术能够对大范围地表的干旱进行定量监测，因此在干旱监测中具有广泛的应用
前景，特别是对于水资源稀缺的地区。本文旨在综述国内外干旱遥感监测方法的研究进
展。
一、植被指数法
植被指数是一种描述植被生长状态的遥感指标。NDVI指数（归一化植被指数）是遥感中最常用的植被指数之一，其原理基于可见光和红外辐射波段的差异。干旱区域的植被受
到水分限制，生长状况相对较差，NDVI值也相应降低。因此，通过监测NDVI可以反映干
旱程度。基于植被指数的干旱监测方法具有简单易行、数据来源广泛的优点。
二、温度指数法
温度指数法是利用地表温度变化反映干旱程度。干旱地区缺乏水分无法有效地蒸散水分，因此地表温度相对较高。温度指数法通过监测地表温度变化反映干旱过程。
三、水分蒸散指数法
水分蒸散指数法是利用地表水分蒸散量反映干旱程度。水分蒸散是表征植被水分利用
率和干旱程度的重要指标之一。水分蒸散指数通常是指将实际蒸散量与潜在蒸散量的比值。在干旱区，由于水分短缺，植被无法进行正常的水分利用，因此水分蒸散指数值相对较低。通过监测水分蒸散指数的变化，可以反映干旱程度。
四、辐射温度-植被干旱指数法
辐射温度-植被干旱指数法结合了温度指数法和植被指数法的优点，具有较高的准确
性和实用性。该方法是将地表温度和植被指数进行比较，得到辐射温度-植被干旱指数。
干旱区域的植被生长较弱，辐射温度相对较高，因此该指数值相对较低。与其他方法相比，辐射温度-植被干旱指数法具有更高的灵敏度和准确性。
总的来说基于遥感技术的干旱监测方法具有更好的时空覆盖能力和实时性。虽然以上
干旱遥感监测方法研究进展_杨世琦
第30卷第2期2010年6月高原山地气象研究P l a t e a u a n d M o u n t a i nM e t e o r o l o g y R e s e a r c h V o l 30N o .2
J u n .2010
收稿日期:2010-02-18
资助项目:重庆市科技攻关计划项目C S T C ,2009A C 0125;科技部“西部开发科技行动”重大项目(2005B A 901A 01)作者简介:杨世琦,硕士,工程师,主要从事农业气象,遥感应用等方面的研究。E -m a i l :y a n g s h i q i @g m a i l .c o m
文章编号:1674-2184(2010)02-0075-04
干旱遥感监测方法研究进展
杨世琦1
,高阳华1
,易 佳
2
(1.重庆市气象科学研究所,重庆 401147;2.西南大学地理科学学院,重庆 400715)
摘要:本文对国内外学者在干旱遥感监测方面所做的工作进行了总结。根据选取资料的不同,将国外进行干旱遥感监测的情况归纳为5类,分别介绍了主要方法及其进展。同时,对国内开展干旱遥感监测的情况从空间尺度、时间尺度、监测手段、
监测方法等4个方面进行了分析,并讨论了干旱遥感监测在实际应用中存在的问题。关键词:干旱;土壤含水量;遥感;监测
中图分类号:P 407 文献标识码:A d o i :10.3969/j .i s s n .1674-2184·2010.02.017
引言
干旱是指由水分收支或供求不平衡所形成的水分短缺现象,因其出现频率高、持续时间长、波及范围大,对国民经济特别是农业产生严重影响,历来被人们所关注,已经成为世界性的重大自然灾害。土壤含水量是判断干旱的重要指标之一,也是旱情监测的基础。土壤含水量的获取可分为3类:田间单点实测法、土壤水分模型法和遥
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
在干旱监测中，遥感数据主要包括光学遥感数据和微波遥感数据。光学遥感数据可以获取地表植被覆盖度、叶绿素含量等指标，通过对比不同时期的数据，可以监测干旱引起的植被衰退情况。而微波遥感数据可以获取土壤湿度等指标，通过监测土壤湿度变化可以揭示干旱的程度和时空分布。
目前，基于遥感的干旱监测方法主要包括指数法、模型法和时序分析法。指数法是根据不同波段反射率之间的差异来判断植被的健康状况。常用的指数包括归一化植被指数（NDVI）、土壤调节植被指数（RVI）等。这些指数可以反映植被的生长状况，从而间接监测干旱情况。模型法是通过建立干旱模型，利用遥感数据和气象数据进行干旱监测。常用的模型包括水分平衡模型、土壤水分传输模型等。这些模型可以通过计算得出土壤湿度和水分利用效率等指标，实现对干旱的定量监测。时序分析法是通过对不同时期的遥感数据进行对比分析，揭示干旱发生的时空变化规律。常用的方法包括面积-时间法、趋势分析法等。
近年来，基于机器学习和人工智能的干旱监测方法也得到了广泛研究。这些方法通过训练大量的遥感数据和气象数据，建立干旱监测模型，可以实现对干旱的自动监测和预测。
基于遥感的干旱监测方法在数据获取迅速、面积广、更新及时等方面具有优势。随着遥感技术的不断发展，越来越多的新方法和新算法被应用于干旱监测中，对于提高干旱监测的精确性和可靠性具有重要意义。
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法是利用遥感数据来探测地表干旱程度和时空分布的研究方法。遥感数据能够提供全球覆盖、多时相、多波段的信息，对于干旱监测具有独特的优势。随
着遥感技术的不断发展和遥感数据的不断更新，基于遥感的干旱监测方法也得到了不断的
完善和改进。
目前，基于遥感的干旱监测方法主要有以下几种：
1. 基于植被指数的干旱监测方法。植被指数反映了地表植被的状况，可以用来评估
地表干旱程度。常用的植被指数包括归一化植被指数（NDVI）、绿度指数（EVI）等。这些指数通过遥感数据计算得到，可以反映出地表植被的可见光和红外辐射反射情况，从而间
接反映地表干旱程度。
3. 基于地表温度的干旱监测方法。地表温度是地表干旱的一个重要指标，可以通过
遥感技术获取。地表温度反映了地表的热力状况，是地表干旱的一个重要表征。常用的地
表温度指标包括地表温度（LST）和亮温（BT）等。通过遥感数据对地表温度进行监测，可以评估地表干旱的程度和时空分布。
4. 基于多源数据的干旱监测方法。随着遥感技术和数据类型的不断发展，基于多源
数据的干旱监测方法也得到了广泛的研究和应用。多源数据包括可见光、红外、热红外、
微波等多种波段和传感器获取的数据。利用这些数据，可以综合利用不同的指标和方法来
评估地表干旱程度，提高干旱监测的准确性和可靠性。
我国干旱遥感监测技术方法研究进展
（ 宁夏气象 防灾减灾重点实验室 ， 银川 ７ ００ ） ５ ０ ２
摘要
以裸露地表 、 部分覆盖度地表和全植被覆盖地表 ３种不 同下垫 面类 型为着 眼点 ， 详尽 地阐述 了相 应下垫 面
类型下不同的干旱遥感监测技术方 法的适用范 围和其监测的优劣。下垫 面为裸露 地表时 ， 波遥 感法具有广 阔的 微 前景 ； 部分覆盖时双层模 型法较好 ， 模型 复杂 ， 但 应注重 经典双 层模 型的简化 ； 全覆 盖时各 类监测方 法各有 优劣 。 提 出未来干旱遥感监测 的发展方 向和应 用前 景 ， 对应用 遥感技术进行干旱监测相关业务的开展提供 有益 的参考 。
—
收稿 日期 ：０ ６年 １ ２０ ０月 ２ ０日； 定稿 日期 ：０ ７年 １ ２ ２０ 月 ５日
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 ４期
张学艺等 ： 国干旱遥感监测技术方法研究进展 我
５５ ７
上， 引入 植被覆 盖和 土壤类 型对模 型进行 了订 正 ， 提
成 为今 后微波遥感 土壤湿 度算法 发展 的主 流【 １。后 ６ Ｊ
科技部社会公益研究专项 （ｏ ５ Ｉ ３１ ３ 和中国气象局新技术推广项 目（ ＭＡ Ｇ ｏ ５ ５ 共同资助 ２ ０ Ｄ Ｂ Ｊ０ ） ｃ Ｔ ２ ０ Ｍ４ ）
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
一、干旱监测指标
1. 土壤水分指数
土壤水分是反映干旱程度的重要指标之一。遥感技术可以通过遥感影像获取植被生长
指数（NDVI）、植被干旱指数（VCI）、土壤水分指数（SWI）等数据，来反映土壤水分状况。研究表明，SWI在干旱监测中具有较高的准确性和实用性，能够及时监测并评估干旱
程度。
2. 植被覆盖度指标
植被覆盖度是评估干旱影响的另一个重要参数。通过遥感技术获取的植被覆盖度数据
可以反映植被生长状态，从而评估干旱对植被的影响。近年来，一些新的植被指数如NDII、TVI等也被引入到干旱监测中，提高了遥感监测的准确性和可操作性。
3. 温度指标
温度是影响植被生长和土壤水分蒸发的重要因素，因此在干旱监测中也具有重要作用。遥感技术可以获取地表温度数据，并结合其他气象数据，如降雨量、湿度等，全面分析温
度对干旱的影响。
二、遥感数据获取
1. 光学遥感影像
光学遥感影像是获取土地覆盖、植被生长等信息的重要数据源。近年来，高分辨率遥
感影像的广泛应用为干旱监测提供了更为精细的数据支持。与传统的农田调查相比，遥感
影像能够实现大范围、高效率的干旱监测，为干旱防治工作提供了更为全面的数据支持。
2. 雷达遥感数据
雷达遥感技术可以获取地表粗糙度、植被结构、地形等信息，对干旱监测有着重要作用。雷达遥感数据可以突破光学遥感在云雾天气下获取数据的限制，为干旱监测提供了更
加可靠的数据来源。
热红外遥感数据可以获取地表温度信息，可用于反映地表水分蒸发、土壤湿度等情况，对干旱监测有着重要作用。近年来，热红外遥感数据在干旱监测中得到了广泛应用，为干
基于遥感的干旱监测方法研究进展
摘要在全球变暖的气候背景下,近年来干旱频发且不断加剧,给人类的生产生活造成了严重的影响。本文基于遥感原理,介绍了归一化植被指数、温度状态指数、标准化降雨指数和标准化降雨蒸散指数等几种常见的干旱指数,综述了运用不同干旱指数进行监测的实践应用。最后,针对目前研究中存在的问题,对今后研究的主要方向作出了展望。
关键词干旱;遥感;监测方法;干旱指数中图分类号S127;S423文献标识码A 文章编号1007-5739(2020)02-0193-01开放科学(资源服务)标识码(OSID )
Research Progress of Drought Monitoring Methods Based on Remote Sensing
HAO Xiao-lei
(Juancheng Meteorological Bureau in Shandong Province ,Juancheng Shandong 274600)
Abstract Under the background of global warming ,drought frequently occurs and intensifies in recent years ,which has a serious impact on human production and life.Based on the principle of remote sensing ,this paper introduced several common drought indexes such as normalized vegetation index ,temperature condition index ,standardized precipitation index and standardized precipitation evapotranspiration index ,and summarized the practical application of different drought indexes in monitoring.Finally ,in view of the existing problems in the current research ,the main research directions in the future were prospected.
基于遥感的干旱监测方法研究进展
基于遥感的干旱监测方法研究进展
【摘要】
遥感技术在干旱监测中扮演着重要的角色，通过获取大范围、高
时空分辨率的数据，可以有效监测干旱的发生和演变。本文首先介绍
了遥感技术在干旱监测中的应用，包括不同遥感数据在监测中的作用。论述了基于遥感数据的干旱指标及监测方法，探讨了各种指标在干旱
监测中的优缺点。然后，分析了遥感数据在干旱监测中的局限性，并
提出了改进和发展方向。总结了基于遥感的干旱监测方法研究的意义，探讨了未来展望。通过本文的研究，可以更好地利用遥感技术监测干旱，为减灾救灾提供参考和支持。
【关键词】
关键词：遥感技术、干旱监测、干旱指标、监测方法、数据局限性、改进方向、未来展望、研究意义、总结展望。
1. 引言
1.1 研究背景
干旱是全球气候变化的重要表现之一，对于农业生产、生态环境
和社会经济发展都具有严重影响。随着遥感技术的发展和应用，基于
遥感数据的干旱监测已成为一种高效、准确的方法。遥感数据可以提
供大范围、高时空分辨率的信息，为干旱监测和评估提供了重要的数
据支持。研究基于遥感的干旱监测方法对于提高干旱监测的准确性和
时效性具有重要意义。
过去的干旱监测主要依靠气象数据和地面观测，存在监测范围有限、灵敏度低等问题。随着卫星遥感技术的进步，可以获取遥感数据，包括光学影像、雷达数据等，可以实现对干旱的监测和评估。基于遥
感的干旱监测方法已经成为研究的热点之一。通过分析遥感数据，可
以实现对干旱指标的提取和监测，进而为决策者提供准确、及时的干
旱信息，为干旱灾害的防治和减轻提供科学依据。的内容到此结束。
1.2 研究意义
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第30卷第2期高原山地气象研究Ｖｏｌ30Ｎｏ.2 2010年 6月ＰｌａｔｅａｕａｎｄＭｏｕｎｔａｉｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＪｕｎ.2010
文章编号:1674-2184(2010)02-0075-04
干旱遥感监测方法研究进展
杨世琦1,高阳华1,易佳2
(1.重庆市气象科学研究所, 重庆401147;2.西南大学地理科学学院, 重庆 400715)
摘要:本文对国内外学者在干旱遥感监测方面所做的工作进行了总结。根据选取资料的不同,将国外进行干旱遥感监测的情况归纳为5类,分别介绍了主要方法及其进展。同时,对国内开展干旱遥感监测的情况从空间尺度、时间尺度、监测手段、监测方法等4个方面进行了分析,并讨论了干旱遥感监测在实际应用中存在的问题。
关键词:干旱;土壤含水量;遥感;监测中图分类号:Ｐ407文献标识码:Ａｄｏｉ:10.3969/ｊ.ｉｓｓ
ｎ.1674-2184·2010.02.017
引言相同像元的ＮＤＶＩ序列资料进行比较,使得ＮＤＶＩ值更具
可比性;Ｋｏｇａｎ[6]认为一个地区的气候状况,土壤类型质干旱是指由水分收支或供求不平衡所形成的水分短地,植被类型分布以及地形条件都会影响ＮＤＶＩ值的变缺现象,因其出现频率高、持续时间长、波及范围大,对国化;Ｓｕｇｉｍｕｒａ[7]研究也表明ＮＤＶＩ值要受到海拔的影响, 民经济特别是农业产生严重影响,历来被人们所关注,已海拔高的地区ＮＤＶＩ值相对较高,考虑地形地貌因素以经成为世界性的重大自然灾害。土壤含水量是判断干旱及联系气象因子变化会使监测结果更加准确。
的重要指标之一,也是旱情监测的基础。土壤含水量的 1.2利用热红外波段获取地表温度日变化幅度和热模获取可分为3类:田间单点实测法、土壤水分模型法和遥型结合估测土壤湿度。
感法[1]。其中遥感法可以快速获得大面积的土壤水分信热惯量随着土壤含水量的增加而增大,利用热红外息,具有宏观、动态、经济的特点,被广泛用于干旱监测。遥感可以观测地表温度,获得热惯量,进而估测土壤湿
1国外研究综述度。如Ｗａｔｓｏｎ、Ｐｈｏｎ等[8,9]在地质研究中最早应用热模型;Ｋａｈｌｅ[10]提出热惯量的概念;Ｐｒｉｃｅ等[11]简化潜热蒸散
国外采用遥感技术监测土壤含水量始于20世纪70 形式,总结了热惯量法及其遥感成像原理,提出了表观热年代,其方法大致可以分为5类。惯量ＡＴＩ(ＡｐｐａｒｅｎｔＴｈｅｒｍａｌＩｎｅｒｔｉａ),从而可用卫星提供1.1利用可见光和近红外遥感资料进行监测 , 主要利用的反射率和热红外辐射温差计算热惯量;Ｅｎｇｌａｎｄ等[12] 植被指数和植被状态指数。提出了辐射亮度热惯量(Ｒａｄｉｏ-ｂｒｉｇｈｔｎｅｓＴｈｅｒｍａｌＩｎｅｒ- 植被指数常用来监测某一时段或生长季的降水和干ｔｉａ,即ＲＴＩ)的概念,且认为ＲＴＩ对土壤水分的敏感性好旱,多为定性结果。如Ｊａｃｋｓｏｎ等[2]利用ＮＤＶＩ监测干旱于ＡＴＩ;Ｃａｒｌｓｏｎ[13]利用ＮＯＡＡ/ＡＶＨＲＲ资料计算土壤有发现,植被指数对短暂水分胁迫不敏感,只有水分胁迫严效水分和热惯量。
重阻碍作物生长时才引起植被指数的明显变化,因而,植 1.3利用微波遥感 , 测量雷达后向散射系数以及测量监被指数不能及时反映植被覆盖下的土壤含水量,在洪涝测土壤水分含量。
区域和裸土区域应用受到限制;Ｋｏｇａｎ[3]提出植被状态指微波分为主动微波和被动微波,主动微波通过测量数(ＶＣＩ),并认为ＶＣＩ优于ＮＤＶＩ。事实上,二者各有优雷达的后向散射系数,被动微波通过测量土壤亮温来估缺点,植被指数受气候、土地利用和地理条件的影响,主测土壤水分。在主动微波遥感领域,合成孔径雷达
要反映植被的绝对生物量和区域干旱程度,而ＶＣＩ主要(ＳＡＲ)已成为国际对地观测领域最重要的前沿技术之受天气的影响,只能反映植被覆盖区干旱的相对变化。一。被动微波估测土壤水分主要分成两大块:一是针对为了减少植被指数对大气的依赖,Ｋａｎｆｍａｎ等[4]发展了裸露地表的土壤水分反演,另一个是针对植被的土壤水抗大气植被指数(ＡＲＶＩ);Ｂａｗａ等[5]发现利用多年同期分反演模型。施建成[14]等针对Ｑ/Ｈ模型进行了修正, 收稿日期:2010-02-18
资助项目:重庆市科技攻关计划项目ＣＳＴＣ,2009ＡＣ0125;科技部“西部开发科技行动”重大项目(2005ＢＡ901Ａ01)作者简介:杨世琦,
硕士,工程师,主要从事农业气象,遥感应用等方面的研究。Ｅ-ｍａｉｌ:ｙａｎｇｓｈｉｑｉ@ｇｍａｉｌ.ｃｏｍ
76高原山地气象研究第30卷
提出了一个新的关于粗糙度对裸露土壤微波辐射影响的布情况;宋小宁等[28]以西北半干旱地区的内蒙古农牧交半经验Ｑ/Ｐ,通过ＡＩＥＭ模拟比较,Ｑ/Ｐ模型比Ｑ/Ｈ模型错地带为研究区,利用土壤调整植被指数(ＭＳＡＶＩ)、归一更具实用性;Ｐａｌｏｓｃｉａ等[15]研究证明,不同频率或者同频化植被水分指数(ＮＤＷＩ)、热红外反演的植被冠层温度, 率不同极化的亮温差(ΔＴ)和土壤水分的变化是正相关通过分析三者之间的耦合特征来提取反映植被水分状况的。模型微波遥感具有全天时、全天候、较强的穿透力、的综合指标(ＶＴＷＳＩ);刘静等[29]以三峡库区作为研究区高分辨率等优点,但观测结果局限于表层,且雷达数据覆域,选择植被状态指数法(ＶＣＩ)、温度植被旱情指数法盖面小,数理处理繁琐。微波遥感反演依然是当前的一(ＴＶＤＩ)和植被供水指数法 (ＶＳＷＩ), 结合实测土壤数据 , 个研究热点和难点,至今还没有一种真正实用的地表温定量研究干旱时空变化情况。
度和土壤水分监测方法达到实用要求,特别是地形复杂 2.2时间尺度上
和植被覆盖地区需要进一步深入[16]。有对作物某一生长时期的研究,也有对整个生长季1.4综合利用可见光、近红外和热红外资料 , 提出了不全过程的动态监测,如秦其明等[30～33]以宁夏回族自治区少有效的干旱监测指标和方法。为研究区域,从可见光、近红外、热红外和微波波段中提Ｋｏｇａｎ[17]在提出ＶＣＩ指数后,又提出了温度状态指取能够表征农田生态特征的遥感信息,构建基于多维光数(ＴＣＩ);Ｊａｃｋｓｏｎ[18]等研究叶片温度、土壤水分和植被指谱的农田干旱遥感监测模型库,提出垂直干旱指数
数之间的关系,提出了作物缺水指数(ＣＷＳＩ),由于ＣＷＳＩ(ＰＤＩ)、改进的垂直干旱指数 (ＭＰＤＩ)、短波红外垂直干对冠层温度、气温和水汽压差的测定误差显得非常敏感; 旱指数(ＳＰＤＩ),实现作物全生长期农田干旱的动态监Ｍｏｒａｎ等[19]将该指数推广到部分植被覆盖条件,提出了测。
水分亏缺指数(ＷＤＩ);Ｊｕｐｐ等[20]提出农田蒸散的双层模 2.3监测手段上
型,该模型把地表覆盖分为植被层和土壤层,并在能量上主要表现在多波段综合(可见光、近红外、热红外综和温度上有所区分,其中引入了植被覆盖度的变量,实现合),多影像融合(Ｍｏｄｉｓ数据与ＴＭ影像融合)等方面,如了对部分植被覆盖地区旱情的监测;Ｐｒｉｃｅ[21]用植被指匡昭敏等[24]利用高时间分辨率的ＭＯＤＩＳ卫星数据,采用数、地表温度估测区域蒸散量;Ｇｉｌｉｅｓ等[22]利用遥感反演植被状态指数(ＶＣＩ)和温度条件指数(ＴＣＩ)构建干旱指的地表真实温度和ＮＤＶＩ三角方法估测土壤有效水分; 数(ＤＩ)遥感监测模型,并融合具有高空间分辨率的ＥＴＭ[ 23]
旱指数(ＴＶＤＩ),该方法模型参数可由图像数据直接获 2.4监测方法上
得,计算简单方便,但ＴＶＤＩ只能表示同一图像水分状况既有对原有方法的简化和完善,也有对新方法的探的相对值,在时间上不具有可比性;为了提高干旱指数与索,建立了不少像ＳＳＴＤＭ-Ｓ、ＳＳＴＤＭ-Ｌ1、能量温度比等实测值的相关性,Ｋｉｍｕｒａ[24]改变了湿边的构造,提出改进切实可行的新模型和新指标,如在推算热惯量值时,余后的温度植被干旱指数(ＭＴＶＤＩ)。涛、田国良等[35]在Ｐｒｉｃｅ[11]研究的基础上对热惯量值Ｐ、1.5综合利用可见光、近红外和微波监测土壤水分含地表综合参量Ｂ以及地表温差(ＡＴｇ)的关系进行简化, 量。用遥感资料直接获得了土壤的热惯量值;后来,田国良利用可见光和近红外信息来估算植被覆盖度,用主等[36]又提出用表观热惯量(ＡＴＩ)来代替真实热惯量Ｐ, 动微波估算粗糙度,在此基础上由被动微波估测土壤水得到了广泛的应用。王鹏新等[37]在前人研究的基础上, 分[ 25] 。提出了条件植被温度指数的干旱监测模型(ＶＴＣＩ),实践
2国内研究进展证明具有较好的应用前景;刘安麟等[38]简化作物缺水指
数法(ＣＷＳＩ)干旱遥感监测模型,对陕西省关中地区春季我国开展遥感监测土壤水分工作虽然比国外晚,但干旱进行了监测,监测效果好于使用植被供水指数法
是通过广大科研工作者在理论和实践上的不断努力,大(ＶＷＳＩ);Ｓｕ等[39]根据ＣＷＳＩ的原理 , 提出ＤＳＩ(Ｄｒｏｕｇｈｔ大缩短了与国外同类研究的距离。夏虹等[26]根据各种ＳｔｒｅｓｓＩｎｄｅｘ)指数,在中国北方地区进行研究,实验结果遥感干旱监测方法的特点,将国内进行遥感监测的方法表明,ＤＳＩ与降水量呈显著的负相关关系;刘振华等[40]考归纳为5类。而从国内开展工作的空间尺度、时间尺度、虑植被因素的影响,改进遥感热惯量模型,使其应用范围监测手段、监测方法等方面看,我国科研工作者都取得到从裸土扩展到植被覆盖区,拓宽了适用范围。但由于地了很多可喜的成绩。表和大气条件参数难以获取,影响了模型的反演精度,并2.1空间尺度上且边界条件确定上还有待于进一步改善,不能完全适用
监测范围从具体的某个省、市自治区,绿洲-荒漠交于植被覆盖区;郭铌等[41]通过对西北不同生态系统之间错带等特定地理区域到全国范围的监测,如曾燕等[27]采ＮＤＶＩ特点和各生态系统间ＮＤＶＩ年变化及其年际变化用“表观热惯量指数”方法,结合ＮＯＡＡ/ＡＶＨＲＲ资料反规律的研究,设计了ＶＣＩ改进方案,提出了改进的条件植演的地表反照率和昼夜地表温度,获取全省干旱空间分被指数ＲＶＣＩ。