基于MODIS数据的草地干旱指数对比研究

论文摘要

干旱是水分收支或供求不平衡而形成的水分短缺现象。遥感技术经过多年的应用,发展了许多干旱监测方法并形成了多源数据、多光谱、多时相的监测体系。然而干旱的发生和发展是个复杂的过程,导致的原因众多,表现形式多样。一直以来,人们通过各种遥感方法来监测干旱,也建立了许多与干旱有关的指数,以能准确表达空间上千湿状况为目的监测干旱,不断提高监测手段和精度。但是每种方法有各自的优缺点,通常来说,这些方法有的对旱情的动态性反映不够;有的对干旱指数的适应性考察不够;有的对指数的有效性的评估不够。针对上述问题,本文在比较分析各种干旱遥感监测方法优缺点的基础上,选取NDVI,NDWI,VCI,TCI,VSWI五个常用的干旱指数做比较分析,以确定适用于草地干旱监测的方法。论文主要包括以下几方面的研究内容和结论:（1）生长季期间草原植被NDVI与不同尺度的降水相关分析。结果表明,NDVI与降水存在显著的相关关系,不同尺度累积降水量的相关系数大小不同。NDVI与前50-60天左右的累积降水最显著。不同类型草原植被NDVI对降水的滞后存在差异,总体趋势上荒漠草原会比草甸和典型草原稍晚。另外,在生长季的不同时段,存在季节性滞后时间的差异。在4-5月NDVI与前期降水量关系不显著,6-9月NDVI与前期降水的相关性明显,分别为6-7月滞后40天,8月滞后56天,9月滞后64天,植被生长对降水变化更敏感的时间是6月至7月。（2）常用的指数NDVI与归一化水分指数NDWI对水分的敏感差异性研究。其结论为:NDVI与水分指数NDWI有显著的相关关系;NDVI与NDWI对降水均存在着滞后性;遥感指数对同期的降水响应较差,受长期降水作用的效果明显;NDVI与降水的关系要好于NDWI。NDVI与NDWI均与空气湿度的关系密切;NDWI受空气湿度的控制要强于NDVI,表现为相关性要好于NDVI。（3）采用变化向量分析（CVA）方法对比研究不同干旱指数指示草地干旱的能力。结果表明:在遥感干旱指数之间没有持续的空间重叠一致性;不同的指数类型所确定的干旱面积分布是不同的;在反射波段指数方面,NDVI和NDWI产生相似的结果:相反,在热红外波段指数,如TCI具有不同的结果。气象干旱指数SPI监测的干旱影响区域地图和遥感干旱指数得出的范围没有一致性。SPI得出的区域比传统的范围更广。表明气象测量和地面站观测的精度不足于与遥感得出的干旱指数做比较。统计分析结果表明,在反射率指数方面比热红外干旱指数和混合指数具有更好的的相关性。在遥感干旱指数和气象干旱指数之间的相关性较差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及问题的提出
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 植被指数监测旱情
• 1.2.2 温度指数监测旱情
• 1.2.3 综合温度植被复合指数监测旱情
• 1.2.4 热惯量方法
• 1.2.5 基于能量平衡的缺水指数方法
• 1.2.6 植被含水量指数方法
• 1.2.7 微波方法
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.4 论文结构概要
• 第二章 研究区概况与研究数据
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究数据
• 2.3 数据介绍及处理
• 2.3.1 EOS计划
• 2.3.2 MODIS特点
• 2.3.3 MODIS产品介绍
• 2.3.4 MODIS数据处理
• 2.4 小结
• 第三章 植被生长对降水的滞后性研究
• 3.1 概述
• 3.2 数据处理
• 3.2.1 遥感数据
• 3.2.2 气象数据
• 3.3 数据分析方法
• 3.3.1 全时间段NDVI与降水的相关分析
• 3.3.2 分时段NDVI与降水的滞后关系
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 不同类型的草地的NDVI年内变化规律
• 3.4.2 全时间系列NDVI与降水量的变化关系
• 3.4.3 不同类型草地对降水响应的滞后性差异
• 3.5 小结
• 第四章 NDWI与NDVI的比较
• 4.1 概述
• 4.2 数据处理与分析方法
• 4.2.1 遥感数据处理
• 4.2.2 气象数据处理与SPI计算
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 NDVI与NDWI的相关关系
• 4.3.2 NDVI,NDWI与气象因子的相关关系比较
• 4.3.2.1 与降水量的关系
• 4.3.2.2 与不同尺度的空气湿度相关分析
• 4.3.2.3 NDWI和NDVI对短期水分状况的比较
• 4.4 NDVI、NDWI和SPI相关关系的比较
• 4.5 小结
• 第五章 基于变化向量分析的遥感指数的比较
• 5.1 概述
• 5.2 数据处理与分析方法
• 5.2.1 光谱空间的构造
• 5.2.2 确定参考年和监测年的确定
• 5.2.3 变化阈值的确定
• 5.2.4 遥感与气象数据的处理
• 5.2.4.1 遥感数据处理
• 5.2.4.2 气象数据处理
• 5.3 结果分析与讨论
• 5.3.1 遥感指数对干旱的响应
• 5.3.2 面积分布的比较
• 5.3.3 干旱强度间的相关分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 在校参与的项目和发表的论文
• 致谢