植被叶面水遥感监测及其时空特征分析

论文摘要

水是生命之源，对作物生长的影响巨大。对于植被体本身而言，水是其进行光合作用的主要原料之一，对植被的生长具有重要意义。因此对于植被水的研究，可以直接反映出植被的生长状况。植被水的监测始于对森林、草原火险评估的需要，另一方面，植被水的丰富程度也间接反映了当地土壤含水量状况，是当地干旱状况的一个重要指示。 随着卫星技术和传感器技术的不断进步，遥感机理研究的逐步深入，遥感反演植被水的理论和方法也有了不断的发展。本研究利用MODIS数据，分析植被水与同期降水、土壤相对湿度之间的关系，结合中国气象局灾情报告，对利用植被水做干旱监测的可能性做出了初步探讨，并对监测结果的精度进行评价。 本文首先简要的回顾了遥感反演植被水的发展历程，对比分析了几种遥感反演植被水的理论和方法，认为GVMI模型具备物种无关等显著特点，是目前比较完善的一种植被水反演模型。针对原NOAA数据的缺点，将GVMI模型应用于MODIS数据，并对其做了一定的改进。利用该模型计算2003和2004年的4-7月间中国地区的植被水分布，结合同期的降雨量以及土壤水数据，对比分析其相互间的关系。由于植被吸水的滞后过程以及植被自身的调节功能，降水对植被水的影响一般滞后10天左右。研究结果表明，植被含水量和土壤水含量有很强的正相关性，植被含水量的距平与土壤相对湿度之间的相关性表现很好，两者基本的发展趋势大致相同。同时考虑到旱情是一个累积的过程，充分利用前期数据和各类气象信息，建立一个旱情累积时序模型，对当前干旱状况做出准确分析判断。最后本文尝试建立一种基于MODIS的适合于全国范围内的植被水和土壤水监测的统一模型(植被水和土壤水综合考虑，称为地表含水量指数（Surface Warer Content Index，SWCI），用于全国范围宏观监测，并对结果进行了分析与验证。 本研究的成果已经为农业部科技成果转化资金项目—中国农业状况图集所采用。基于植被水研究的重大意义，其未来的服务领域必将持续扩展，对遥感反演植被水理论和方法的研究具有重要的现实意义和科学价值，有待于进一步深入的研究。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 植被水研究的目的和意义
• 1.2 遥感反演植被水的必要性
• 1.3 植被水监测国内外研究进展
• 1.3.1 基于雷达数据的介电常数法
• 1.3.2 基于多光谱数据的植被指数法
• 1.3.3 基于叶绿素的植被指数法
• 1.3.4 基于植被状态的植被指数法
• 1.3.5 直接反演植被水的植被指数法
• 1.4 旱灾遥感监测国内外研究进展
• 1.5 小结
• 第二章 相关概念与模型
• 2.1 植被水含量的数值指标
• 2.2 植被水含量敏感波段
• 2.3 基于LOPEX'93数据的模型研究
• 2.3.1 LOPEX'93数据说明
• 2.3.2 植被水表达量纲的选择
• 2.3.3 EFAST影响因素评价
• 2.3.4 EWT的修正
• 2.3.5 全局植被湿度指数（GVMI）
• 2.3.6 灵敏度检验
• 2.3.7 模型的建立
• 2.4 小结
• 第三章 数据预处理和植被叶面水监测
• 3.1 概述
• 3.2 波段选择
• 3.3 MODIS数据预处理
• 3.3.1 定标计算
• 3.3.2 太阳高度角修正
• 3.3.3 去条带
• 3.3.4 几何纠正
• 3.3.5 预处理总结
• 3.4 植被叶面水监测
• 3.4.1 去云处理和水体去除
• 3.4.2 获取EWT
• 3.4.3 影像镶嵌
• 3.5 台站观测数据预处理
• 3.5.1 土壤水台站数据获取
• 3.5.2 台站数据建库
• 3.5.3 土壤水数据分析
• 3.6 小结
• 第四章 植被叶面水时空特征及其与干旱关系分析
• 4.1 我国植被水分布特征分析
• 4.2 植被水时空变化分析
• 4.2.1 样本区域选取
• 4.2.2 样区结果统计
• 4.2.3 时空变化分析
• 4.3 植被水与主要环境要素的相关分析
• 4.3.1 植被叶面水与土壤水的关系
• 4.3.2 植被叶面水与降雨量的关系
• 4.3.3 植被叶面水与气温的关系
• 4.4 植被水与干旱的关系分析
• 4.4.1 干旱实例分析
• 4.4.2 干旱时序分析
• 4.5 小结
• 第五章 探讨-由植被叶面含水量到土壤含水量
• 5.1 目的
• 5.2 模型构造
• 5.3 数据统计与检验
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 MODIS批处理程序部分源代码（IDL）
• 发表文章与参加科研工作
• 致谢