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农业干旱灾害是影响我国农业生产最主要的灾害种类之一。我国农业干旱灾害发生频繁,影响大的特点使农业干旱监测研究备受关注。遥感技术应用于农业干旱监测研究以来,形成了多数源、多光谱、多方法的干旱遥感监测体系。但是,这些研究中常使用单一数据源进行农业干旱遥感监测,忽略了多源数据的综合利用,影响了数据使用的高效性和干旱监测的准确性。针对这一问题,本文以Landsat-TM数据和EOS-MODIS数据作为不同分辨率尺度的农业干旱遥感监测数据源,以植被供水指数(VSWI)模型作为干旱遥感监测基本模型,探讨综合利用多源数据建立多分辨率尺度遥感干旱监测模型进行干旱监测的方法。研究内容和主要结论为:
(1)利用不同分辨率尺度数据(TM数据和MODIS数据)反演得到不同分辨率尺度的干旱监测基本参数,包括:红光波段反射率、近红外波段反射率、植被指数NDVI、地表温度LST以及干旱监测指数:VSWI。通过随机抽样,研究不同尺度各种同名干旱监测基本参数之间及干旱监测指数之间的差异。结果发现,不同尺度干旱监测基本参数及指数的取值不同,即干旱监测基本参数及指数具有空间尺度依赖性。总体而言,基于高分辨率尺度TM数据反演得到的干旱监测基本参数及指数,其离散程度大于基于低分辨率尺度MODIS数据反演得到的相应的参数及指数的离散程度,表明基于TM数据反演的干旱监测基本参数及指数更接近地表真实情况。且基于TM数据反演的各干旱基本监测参数及指数与基于MODIS反演的相应干旱监测基本参数及指数之间具有很高的相关性。
(2)在干旱监测基本参数及指数空间尺度依赖性分析基础上,利用统计回归方法,在抽样区,以基于TM数据反演的各干旱监测基本参数及指数为地表准真值,建立用基于MODIS数据反演的干旱监测基本参数及指数对相应准真值的拟合关系式。将试验区基于MODIS数据反演的各参数及指数带入拟合关系式来估算基于TM数据反演的对应参数及指数,达到用TM数据修正MODIS数据的目的,此处理过程称为MODIS干旱监测基本参数及指数的尺度修正。结果表明,尺度修正后,基于MODIS数据反演的各干旱监测基本参数及指数的观测值与基于TM数据反演的对应参数及指数的吻合度较尺度修正前有所提高,即尺度修正实现了使MODIS数据逼近地表准真值的目的。
(3)将经过尺度修正的各种参数或参数组合作为基于MODIS数据的单尺度遥感干旱监测模型的输入参数,运行模型输出基于各种参数及其组合修正的干旱监测指数,此过程即从输入层面对单尺度模型进行尺度修正;或者直接对单尺模型输出的监测指数进行尺度修正,得到新的干旱监测指数,此过程即从输出层面对单尺度进行尺度修正。分析单尺度模型经各种尺度修正方式修正后输出的各种干旱遥感监测指数,发现这些干旱监测指数的标准差与尺度修正前的输出的监测指数的标准差相比都有所提高,表明尺度修正使得干旱监测模型输出的监测指数取值较离散,包含的信息更丰富而接近地表真实情况。
(4)利用基于单一尺度数据--MODIS数据,建立的单尺度遥感干旱监测模型的输出指数MODISVSWI拟合10cm处土壤相对湿度。发现二次多项式的拟合效果最好,通过拟合式MODISVSWI可以反映土壤相对湿度变化方差的28.4%。
(5)利用对10cm处土壤相对湿度的拟合精度来评价各种修正方式对单尺度模型的改进效果。结果表明:总体而言,所有修正方式都改进了单尺度监测模型的干旱监测能力,但是各种修正方式的改进程度各不相同,其中,对模型输入参数:近红外波段反射率尺度修正的修正方式对单尺度模型监测能力的改进程度最明显,由此建立的包含多分辨率尺度信息的多尺度遥感干旱监测模型的干旱监测精度最高,其对土壤相对湿度的方差解释量达到42.4%,比单尺模型提高了60%。
(6)将基于近红外波段反射率尺度修正的多尺度遥感干旱监测模型,扩展到大区域进行农业干旱遥感监测研究。结果表明:基于近红外波段反射率尺度修正的多尺度遥感干旱监测模型能够适用于大区域农业干旱遥感监测,且较单尺度遥感干旱监测精度有一定的提高,但提高程度没有试验区明显。