基于遥感和地面实测水分数据的小流域土壤水分模拟

论文摘要

水是制约黄土高原植被建设的关键自然因素,黄土高原土层深厚,地下水埋藏深,植物难以利用,所需水分主要来自土壤水,土壤水分作为水量平衡和水循环与土壤资源的重要因素已经受到了广泛的研究。土壤水分也决定了生态建设中植被类型和结构,它是植物生长、植被恢复、土壤侵蚀的主要影响因素。因此,监测和掌握土壤水分状况对于黄土高原的农业生产和土地的合理利用具有重要的指导意义。本论文以陕西安塞县沿河湾乡桑塌村为土壤水分采样区,借助遥感数字图像处理技术和GIS地形分析方法,首先根据遥感影像提取地表温度(Ts)和植被指数(NDVI),由Ts和NDVID组成的特征空间拟合干边和湿边方程,从而计算得到温度植被干旱指数(TVDI)。其次,根据野外实测土壤水分数据分析TVDI和土壤水分的相关性,建立TVDI模型反演土壤水分,利用未参与推演模型的野外实测数据进行模型检验。利用GIS的地形分析功能,对坡向和土地利用类型对土壤水分的影响做分析,利用DEM提取地形湿度指数。在已建立的TVDI模型的基础上,考虑地形因子对土壤水分的作用情况下加入坡向、土地利用类型和地形湿度指数作为土壤水分的影响因子,建立一个土壤水分反演的综合模型,以此方法反演土壤水分含量,再利用未参与推演模型的土壤水分实测数据进行检验。最后根据TVDI模型和综合模型对土壤水分的空间分布制作了预测图。为黄土高原地区快速获取土壤水分含量提供了可借鉴的方法,同时也为小流域土壤侵蚀模型提供了基础数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 黄土高原土壤水分研究的重要性
• 1.1.2 土壤水分监测的方法
• 1.1.3 遥感反演与地形因子结合的必要性
• 1.2 目的和意义
• 1.2.1 本文研究的目的
• 1.2.2 本文研究的意义
• 1.2.3 本文研究的项目来源
• 1.3 相关研究现状和研究成果综述
• 1.3.1 土壤水分遥感反演的研究进展
• 1.3.2 地形湿度指数的研究进展
• 1.4 研究的主要内容及论文组织
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第二章 研究基础与方法
• 2.1 研究区域及数据
• 2.1.1 研究区域概况
• 2.1.2 数据基础
• 2.2 研究方法与技术路线
• 2.2.1 研究方法
• 2.2.2 技术路线
• 第三章 建立土壤水分TVDI反演模型
• 3.1 温度植被干旱指数（TVDI）
• 3.1.1 原理
• 3.1.2 地表温度和植被指数的特征空间
• 3.1.3 计算TVDI
• 3.2 计算地表温度
• 3.3 归一化植被指数（NDVI）
• 3.4 数据处理
• 3.4.1 影像裁切
• 3.4.2 计算植被指数（NDVI）
• 3.4.3 计算地表温度（Ts）
• 3.4.4 提取TVDI指数
• 3.5 TVDI指数与各层土壤水分的相关性分析
• 3.5.1 建立TVDI与各层土壤水分的回归模型
• 3.5.2 模型检验
• 3.6 TVDI与平均土壤水分的相关性分析
• 3.6.1 建立TVDI和平均土壤水分的回归模型
• 3.6.2 模型检验
• 3.7 结论
• 第四章 地形因子对土壤水分的影响
• 4.1 坡向对土壤水分的影响
• 4.2 土地利用类型对土壤水分的影响
• 4.3 地形湿度指数的提取
• 4.3.1 DEM填洼
• 4.3.2 坡度的提取
• 4.3.3 单元栅格汇流面积的提取
• 4.3.4 地形湿度指数的计算
• 第五章 建立土壤水分综合反演模型
• 5.1 各层土壤水分综合模型的建立和检验
• 5.2 各层土壤水分TVDI模型和综合模型反演结果的比较分析
• 5.3 平均土壤水分综合模型的建立和检验
• 5.5 土壤水分模拟预测图
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢