TVDI与土壤湿度关系的多时间尺度分析与旱情监测

摘
要:[目的]揭 示 不 同 时 间 尺 度 的 TVDI与 土 壤 湿 度 的 关 联 关 系,确 定 反 映 土 壤 湿 度 的 最 佳 时 间 尺 度,以 更 为 准 确
地获取土壤湿度信息,精准监测旱情。[方法]以 3 种不同时间尺度(
8d,
16d 和月)的遥感地表温度、反射率 数 据 以 及
量控制等资料;MOD13A2,
A3 分别是 MODIS16d、
量,结果精度高,但每个测量点的代表范围有限,而土
连续空间的土壤湿度时存在困难 [6-7]。土壤湿度模型
信息,但参数复杂,需要大量气象数据支持,估测误差
较大 [8]。遥感通过对遥感 监 测 值 与 地 面 土 壤 水 分 之
间的关系进行分析和建模来反演土壤湿度,可快速获
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TVDI与土壤湿度关系的多时间尺度分析与旱情监测
梁守真,王 猛,韩冬锐,王 菲,王国良,隋学艳
(山东省农业科学院 济南 250100)
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但随时间发生改变;二维空间中植被指数与最大、最小温度之间有 明 显 的 线 性 关 系,湿 边 并 非 理 想 的 与 坐 标 轴 平 行 的
直线;
TVDI与土壤湿度线性相关,但两者之间的紧密程度随时间尺度而变,
8d 尺度的 TVDI与 土 壤 湿 度 有 更 高 的 相
关系数;山东省冬小麦旱情与降水高度一致。[结论]短时间尺度的 TVDI更适于区域的旱情监测,尽管人工灌溉有效
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水土保持研究,
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山东省 31 个地面观测站土壤湿度数据为基础,分析不同时间尺度下植被指数-温度空间特征,建立不同 时 段 不 同 时 间
尺度温度植被干旱指数(
TVDI)的热边和冷边函数,研究 TVDI与 土 壤 湿 度 之 间 的 关 联 性 随 时 间 尺 度 的 变 化 规 律,确
定了区域土壤墒情监测的时间尺度,反演了区域土壤湿度,监测旱情。[结果]植被指数-温度二维空 间 形 状 呈 三 角 形,
[
3
4]
土壤湿度可通过田间实测、土壤湿度模型以及遥感观
遥感数据来自 NASA-LandPr
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度产品 MOD11A2,植被指 数 产 品 MOD13A2,
A3 以
壤湿度的空间异质性较大,导致田间实测方法在反映
成的空间分辨率为 1km 的 地 表 温 度(
LST)产 品,包
法通过建立水分平衡方程来求解土壤湿度,可提供面
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收稿日期:
修回日期:
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资助项 目:山 东 省 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 (
ZR2020MD019);山 东 省 农 业 科 学 院 知 识 创 新 工 程 (CXGC2023B01);国 家 重 点 研 发 计 划
方式,将 8d 的地 表 温 度 产 品 转 换 为 16d,月 尺 度 的
温度数据以每天的 数 据 为 基 础 生 成。最 终 形 成 8d,
16d 和月的植被指数和地表温度数据集。
土壤湿度数据为 2016 年山东省冬小麦重点种植
区的 31 个土壤湿 度 观 测 站 点 3—5 月 逐 日 20cm 深
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Shandong Academyof Agr
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度植被干旱指数(
TVDI)法。TVDI综合了作物冠层
温度和长势特征,考 虑 了 植 被 覆 盖 度 对 温 度 的 影 响,
相比单纯使用温度 或 作 物 长 势 的 土 壤 湿 度 监 测 方 法
原理性更强 [13-14]。
并通过 平 均 的 方 式 将 500 m 分 辨 率 数 据 升 尺 度 为 1
第 31 卷第 2 期
2024 年 4 月
DOI:
10.
13869/
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梁守真,王猛,韩冬锐,等 .TVDI与土壤湿度关系的多时间尺度分析与旱情监测[
度上与土壤湿度的关联性,以确定 MODI
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开展土壤湿度监测的时间尺度,准确监测农业干旱。
防和减 轻 干 旱 灾 害 已 成 为 当 今 世 界 的 重 要 课 题 之
1 数据与方法
标,是全 球 气 候 观 测 系 统 中 50 个 基 本 气 候 变 量 之
1.
1 数据来源
部气候变 化 和 旱 涝 灾 害 的 监 测 等 有 着 重 大 意 义 [5]。
取大尺度时空连续的土壤湿度信息,遥感观测和地面
实测的联合运用已 经 成 为 目 前 土 壤 湿 度 监 测 研 究 的
含白天 LST、夜间 LST,
31,
32 波 段 通 道 发 射 率 及 质
每月合成空间分辨率为 1km 的 植 被 指 数 产 品,包 含
NDVI,
EVI和几个主要 波 段 反 射 率 以 及 其 他 辅 助 信
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水 土 保 持 研 究
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降低了对降水的需求,但降水的多寡仍是影响区域小麦旱情的主要因素。
关键词:植被指数;地表温度;干旱;时间尺度
中图分类号:
TP79;S152.
7
文献标识码:
A
文章编号:
1005
3409(
2024)
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据中心,包括 2016 年 3—5 月 Te
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测反演获取。田间实 测 法 为 基 于 特 定 位 置 的 离 散 测
及地表反射率产品 MOD09A1。 MOD11A2 为8d 合
一 [1-2]。土壤 湿 度 是 反 映 土 壤 干 旱 程 度 最 直 观 的 指
一
。土壤湿度的 准 确 测 定 对 地 表 植 物 蒸 散 发、局
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天都可过 境,数 据 充 足。 相 比 于 AVHRR 传 感 器,
MODIS 发射晚,但其有 更 好 的 空 间 分 辨 率 和 波 谱 分
辨率,并且在定标、大气校正、云屏蔽方面有更高的精