【摘要】：干熱風也被稱為“干旱風”、“熱干風”等,是一種極端天氣下誕生的災害,也是華北平原最嚴重的災害之一,通常伴隨著高溫、低濕并有一定風力的一種農(nóng)業(yè)氣象災害。與干旱不同的是,干熱風是短期內(nèi)溫度驟升,濕度急降和風的輔助加強作用,從而使小麥在生長時受蒸騰作用引起大量失水,導致細胞結構被破壞,光合速率降低、葉綠素含量發(fā)生變化、根系活力減弱,使小麥由上往下青干,甚至逼熟死亡。遙感技術具有監(jiān)測范圍廣,時效性強,以及應用領域廣等特點,目前應用遙感對干熱風氣象災害的研究較少,大多數(shù)以氣象監(jiān)測為主,不能反映干熱風災害對冬小麥作物具體的影響以及土壤濕度情況。本研究的目的是利用遙感的技術對干熱風災害下的冬小麥生長狀況進行監(jiān)測,并結合氣象數(shù)據(jù)對干熱風發(fā)生前與發(fā)生時蒸發(fā)量進行比較,最后評價干熱風災害對土壤濕度的影響,為農(nóng)業(yè)氣象災害和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供幫助,用科學的手段預防和監(jiān)測干熱風的發(fā)生,避免對糧食生產(chǎn)造成不良影響。本文主要研究內(nèi)容:(1)利用反射波譜和植被指數(shù)進行干熱風監(jiān)測。基于MODIS反射率數(shù)據(jù),比較了干熱風發(fā)生前與發(fā)生時冬小麥光譜反射率的變化,并構建多種植被指數(shù),對比干熱風發(fā)生前與發(fā)生時的植被指數(shù)變化,探究干熱風災害影響冬小麥生長的具體地區(qū)。(2)利用蒸散發(fā)進行干熱風監(jiān)測�；赟EBS模型,利用MODIS太陽天頂角數(shù)據(jù)、地表反射率數(shù)據(jù)和地表溫度數(shù)據(jù),并與氣象數(shù)據(jù)相結合,模擬研究區(qū)蒸散發(fā)量,將干熱風發(fā)生前與發(fā)生時的日蒸散發(fā)空間分布進行對比,并分析溫度與蒸散發(fā)量的關系。(3)利用MODIS地表溫度數(shù)據(jù),比較研究區(qū)干熱風發(fā)生前與發(fā)生時地表溫度的變化情況,并結合植被指數(shù)EVI構建TVDI,研究干熱風發(fā)生前與發(fā)生時TVDI的空間分布及地表濕度情況,分析溫度與蒸散發(fā)量及TVDI的關系,評估干熱風期間的干旱程度。本文的主要結論:(1)利用MODIS地表反射率影像,提取了干熱風發(fā)生前(2014年5月21日)與發(fā)生時(2014年5月28日)的冬小麥光譜反射率,比較發(fā)現(xiàn)干熱風發(fā)生時光譜反射率值較發(fā)生前整體都有所下降,在中心波長為0.86μm和1.24μm近紅外波段上反射率比干熱風發(fā)生前降低幅度較大。(2)利用地表反射率產(chǎn)品的波段數(shù)值,構建多種植被指數(shù),將研究區(qū)干熱風發(fā)生前與發(fā)生時構建的植被指數(shù)進行對比,可以看出在研究區(qū)南部干熱風發(fā)生時NDVI、EVI、ARVI、RVI均有明顯下降,PSRI、SIPI有增長的趨勢;對比植被指數(shù)像元數(shù)量發(fā)現(xiàn),干熱風發(fā)生時NDVI、EVI、ARVI峰值向低值方向移動,RVI峰值變化不明顯,PSRI、SIPI峰值向高值方向移動,EVI最高值由0.73下降為0.55變化最為明顯,故使用EVI對干熱風災害進行監(jiān)測效果最佳。(3)由SEBS模型模擬得到的河北省中南部干熱風發(fā)生前與發(fā)生時蒸散發(fā)量的對比發(fā)現(xiàn),干熱風發(fā)生前河北省中部冬小麥種植區(qū)日蒸散發(fā)量大約在5-6 mm·d~(-1),而南部冬小麥種植區(qū)日蒸散發(fā)量相對較低,大約在0-4 mm·d~(-1);干熱風發(fā)生時日蒸散發(fā)量整體有大幅度升高,像元值在6-10 mm·d~(-1)的達到74.67%。將站點的實際蒸散發(fā)量與模擬的蒸散發(fā)量進行比較,SEBS模擬值與實際值差別較小,因此SEBS模型可以用于有效估算干熱風發(fā)生時的地表日蒸散發(fā)量。(4)通過植被指數(shù)NDVI和EVI與MODIS地表溫度產(chǎn)品構建TVDI,分析干濕邊特征,結果發(fā)現(xiàn)EVI的干濕邊擬合效果與變化趨勢更為明顯,可以使用EVI構建干熱風災害下的TVDI,發(fā)現(xiàn)干熱風發(fā)生時TVDI值較干熱風發(fā)生前整體升高。比較干熱風發(fā)生前與干熱風發(fā)生時的TVDI像元數(shù)量,發(fā)現(xiàn)干熱風發(fā)生時峰值向高值方向偏移明顯,由0.3升高到0.67。(5)將干熱風發(fā)生前和干熱風發(fā)生時的蒸散發(fā)量值和TVDI值進行一元回歸分析,發(fā)現(xiàn)隨著TVDI升高,蒸散發(fā)量都呈現(xiàn)下降趨勢,干熱風發(fā)生時的點所對應的TVDI值和蒸散發(fā)量值均高于干熱風發(fā)生前的值,說明干熱風能夠引發(fā)干旱災害的發(fā)生。通過構建蒸散發(fā)量、TVDI和溫度的三維圖可以看出地表溫度與蒸散發(fā)量和TVDI成正比關系,隨著地表溫度的升高,蒸散量不斷增大。
【學位授予單位】：河北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S42
【圖文】：

90m 空間分辨率的 DEM 數(shù)據(jù)。3.2 遙感數(shù)據(jù)處理過對氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)干熱風災害主要發(fā)生在 2014 年 5 月 26 日-2014 年期間，這期間的 MODIS 數(shù)據(jù)除了 28 日外的其他影像云量較多，為了避免云像質(zhì)量的影響，選取 2014 年 5 月 21 日和 28 日晴空影像，作為干熱風發(fā)生的遙感影像。通過 MRT（ MODIS Reprojection Tool）軟件將兩景 MODIS 影和幾何校正，并使用行政界線的矢量圖裁切獲得研究區(qū)影像（圖 3）。通過DIS Swath Tool）軟件對 MOD03 數(shù)據(jù)進行幾何校正和重投影，獲得太陽高度

圖 4 健康綠色植物的反射波譜曲線.3μm-2.6μm 的短波紅外波段內(nèi)，植物葉片的透射能量很少，基本上量，植物葉片的水分對反射波譜有很大影響，葉片含水量越高，對射率越低。由于葉片細胞中和細胞間的水分，綠色植物光譜的反射 2.6μm 處受到水吸收帶的控制，反射率較低，因而形成吸收谷，1.6射峰，影響葉片短波紅外波段主要是在 1.4μm 與 1.9μm 處的水吸類別、葉片葉綠素含量和細胞結構、植物含水量等的不同都會對光響，造成光譜曲線變化趨勢相似但仍有一些差異；如果植物受到生就會受到影響，綠色植物的整體或部分反射率會發(fā)生變化，這種變明顯。 植被受脅迫時波譜特征作物類型、不同形態(tài)結構、不同組織構造、不同理化成分和營養(yǎng)狀

（a）高溫脅迫對毛竹葉片反射波譜的影響（b）榕樹病害的反射波譜曲線圖 5 植被受不同生長脅迫時的波譜特征4.2 植被指數(shù)的構建植被指數(shù)是依據(jù)植被反射波譜曲線在紅光波段的強吸收和近紅外波段的高反射特性構建的一種能反映植物生長狀況的指數(shù)，將遙感衛(wèi)星探測到的不同波段的反射率進行組合得到各種植被指數(shù)。如果植物受到生長脅迫時，綠色植物的植被指數(shù)會發(fā)生變化。通常紅光波段和近紅外波段經(jīng)常被用來構建植被指數(shù)，同時用藍光波段的反射率來矯正大氣層對紅光波段反射率的影響。構建的植被指數(shù)如表 4。表 4 構建的植被指數(shù)植被指數(shù) 計算公式 出處NDVI Rouse et al，1973[53]

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