遥感在干旱监测中的应用技术

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在对人类造成严重威胁的多种自然灾害中，干旱灾害是发生最频繁、危害最广泛的灾害之一。大规模的干旱往往可以使大范围的农业长期绝收。干旱发生频率较大现代遥感技术的发展和应用，为人类准确有效地监测干旱灾害的发生和发展并评估其影响，提供了强有力的手段。干旱遥感监测的本质是监测土壤水分含量，通过土壤含水量的多少和分布来反映干旱的程度和分布范围，对农业生产具有直接的指导作用。

1干旱卫星遥感监测原理

利用气象卫星的可见光和红外探测资料开展干旱灾害遥感监测，目前国内运用较多比较成熟的监测模式主要有土壤热惯量模式和植被指数模式。土壤热惯量模式是利用气象卫星昼夜两次探测资料，计算土壤的热惯量，进而推算出土壤湿度，该监测模式有局限性，在实际应用中存在不少的困难。植被指数模式主要包括植被供水指数法和距平植被指数法。植被长势受到诸多因素的影响，但在发生干旱灾害的季节里，土壤水分含量的多少对植被长势的影响却起着关键性的作用，利用极轨气象卫星第一、第二两个通道的反射光谱数据可以定义出归一化植被指数。当植被遭受干旱灾害时，土壤对植被的水分供应不足，植被长势将受到影响，卫星遥感监测的植被指数将降低，同时植被的冠层温度也因没有足够的水分供蒸发而升高。因此，采用植被指数模式可以有效地监测有植被覆盖区域受干旱危害的程度。

2卫星遥感监测干旱技术方法和应用

NOAA 系列极轨气象卫星携带的改进甚高分辨率辐射计（AVHRR ）具有监测范围广、实时性强、便于长期动态监测等特点。

由植被的反射特征可知，在近红外波段植被具有较高的反射率，而NOAA 卫星AVHRR 的第二通道的探测波长为0.7~1.1微米，处在近红外波段，适用于植被遥感。经投影变换、地标定位等预处理后的AVHRR 资料以辐射计数值形式保存，在定标处理时，根据各通道的直方统计结果截取最大地表信息区域进行定标处理，生成8bit 的反照率、亮温图像文件。根据光谱分析选取适当阈值分别对CH 1、CH 2二通道数据进行云和水体剔除，即可进行干旱指标计算。参考降水量及土壤湿度实测值，直接将不同等级的干旱与遥感资料进行对比分析，确定干旱的遥感监测指标。

3植被供水指数法

植被供水指数法定义为归一化植被指数与叶面温度的比值。表达式为：

VSWI=NDVI/Ts

NDVI=（

CH2-CH1）/（CH2+CH1）其中，Ts 为植被冠层温度，NDVI 为归一化植被指数，CH2与CH1为近红外与红外波段地表反射率。

应用这种方法的基本程序是：建立一个具有地理坐标经纬度的格网图，将NOAA ／AVHRR 扫描带使用范围内，每一像元点的NDVI 值逐日计算出，并记录在格网图上相对应的地点。同时制订一个合成周期，在图的整个合成周期内，将每个像元点的NDVI 值逐日加以比较，保留具有最大的NDVI 值的像元点以这样的方法最终得到的一张合成图，使合成图提供的信息最接近于当时作物的真实状况利用最大值合成技术，可以定期地得到某一区域NOAA/AVHRR 多时相的合成图。将该区域连续得到的多张植被指数图加以比较，可实现区域性植被状况的

动态监测。利用某一地点长期连续获取的NDVI 数据，还可绘制成该点的NDVI 曲线图。同一地点不同年份的曲线图相互比较，可发现该地点NDVI 值的年际变化，进而揭示植被生长状况的年际变化。目前已有不少国家和地区利用NOAA/AVHRR 数据进行过干旱监测的实践，收到了较好的效果。

4实例

在美国历史上，1988年的大旱使得美国作物产量锐减。美国农业部外国农业状况评估室利用NOAA ／AVHRR 数据对这场大面积的干旱进行了接近实时的监测和评价。他们的主要作法是：

1）用NDVI=（CH2-CH1）/（CH2+CH1）公式并将CH2-CH1>25.0的像元定义为“绿色像元”。2）设计一个地理参照格网（事实上前些年已设计好并已应用），每一格网单元的面积为463×463km 2。3）记录1988年4月作物出苗直到10月作物开始衰老期间每日四个州范围内的NOAA/AVHRR 数据，并按照地理参照格网，将每一格网单元中的每日的绿色像元数目累加，得出该日该格网单元的植被指数数目—VIN 。4）将1988年4-10月期间每一格网单元的每日VIN 值连续，绘制成代表当地作物生长状况的VIN 曲线图。5）将四个州的1988年VIN 曲线与前些年的VIN 曲线比较，对1988年的VIN 曲线进行定性解译。1988年的AVHRRVIN 曲线清楚地显示了玉米地带1988年生长季节早期的旱情，特别是在该地带的东部。

（ａ）１９８８年６月初的作物状况

（ｂ）１９８８年７月束至８月初的作物状况

图1与1987年相比，四个主要作物生产州1988年作物生产状况AVHRRVINs 解译结果/略差×差*差得多

图2（a ）到2（f ）是四个州表现作物长势变化的六个格网单元的VIN 曲线的例子。根据图中所示的6月异常低的VIN 值和与干旱气象预报，可断定7月初至中旬，不良的作物状况将持续，推断后来得到证实。

图２部分有指示意义的ＶＩＮ（ＮＶＩ）曲线图

NOAA ／AVHRR 数据具有大面积覆盖、高频率更新、且便于长期连续积累的独特优势，但它的分辨率相对粗糙，因此，特别适合用于大规模的区域性、大陆性乃至全球性的包括干旱在内的动态监测。利用连续多年的数据积累可对地表植被及其生长环境的变化进行长期连续的监测，并可进一步对作物进行估产。

［摘要］在对人类造成严重威胁的多种自然灾害中，干旱灾害是发生最频繁、危害最广泛的灾害之一。大规模的干旱往往可以使大范围的农业长期绝收。干旱发生频率较大现代遥感技术的发展和应用，为人类准确有效地监测干旱灾害的发生和发展并评估其影响，提供了强有力的手段。干旱遥感监测的本质是监测土壤水分含量，通过土壤含水量的多少和分布来反映干旱的程度和分布范围，对农业生产具有直接的指导作用。［关键词］干旱监测；卫星遥感遥感在干旱监测中的应用技术

杜兰侠

1

单洁

1

尼仲涛

2

（1.山东煤田地质局第四勘探队，山东潍坊261000；2.潍坊鲁煤工程机械厂，山东潍坊261206）

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