土壤濕度作為陸面水資源形成、轉(zhuǎn)化及消耗過程中的基本參數(shù),對植被生長、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要影響。我國西部干旱半干旱地區(qū)的阿克蘇河流域常年氣候干燥,降水稀少且蒸發(fā)量大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)幾乎全部依靠河流和地下井抽水灌溉,其地表水循環(huán)過程的“自然—社會”二元特性尤其明顯,土壤濕度時空變化復(fù)雜,流域水資源利用效率低下且短缺現(xiàn)象十分嚴(yán)重。近年來阿克蘇河流域土地開發(fā)利用強(qiáng)度加大,農(nóng)業(yè)需水量不斷增加的同時,流域河流及地下水位卻在不斷降低,導(dǎo)致綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)功能受到一定的影響。亟需對流域土壤濕度進(jìn)行大范圍、快速獲取和動態(tài)監(jiān)測,以探究流域“大氣—地表”的水熱交換過程,指導(dǎo)流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、促進(jìn)水資源合理分配和高效利用、荒漠植被恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)�；诖�,本文以阿克蘇河流域?yàn)檠芯繉ο?基于“天地網(wǎng)一體化”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息獲取和農(nóng)情信息遙感監(jiān)測的新需求,以國產(chǎn)GF-1 WFV和Landsat8 OLI兩種高分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源,結(jié)合研究區(qū)不同深度層土壤濕度實(shí)測數(shù)據(jù),分別采用垂直干旱指數(shù)(PDI)、改進(jìn)型垂直干旱指數(shù)(MPDI)和植被調(diào)整垂直干旱指數(shù)(VAPDI)構(gòu)建土壤濕度反演模型,并利用實(shí)測數(shù)據(jù)對各反演模型進(jìn)行驗(yàn)證和精度評價,同時從多方面對反演模型進(jìn)行不確定分析。在此基礎(chǔ)上選擇精度指標(biāo)高的反演模型,利用兩種遙感影像分別反演得到研究區(qū)采樣時點(diǎn)的表層土壤濕度空間分布格局,在對反演結(jié)果進(jìn)行對比分析后,最終選取四個時相的GF-1 WFV遙感影像對阿克蘇河流域表層土壤濕度進(jìn)行了動態(tài)監(jiān)測與分析。本研究得到的結(jié)論如下:(1)基于 GF-1 WFV 和 Landsat8 OLI 遙感影像的 PDI、MPDI 和 VAPDI 三種遙感干旱指數(shù)與研究區(qū)0-10cm、10-20cm和20-30cm深度層的土壤濕度實(shí)測值之間均存在一定的線性負(fù)相關(guān),說明利用高分辨率光學(xué)遙感影像干旱指數(shù)法構(gòu)建土壤濕度反演模型具有一定的可行性。但各干旱指數(shù)均與研究區(qū)0-1Ocm深度層的土壤濕度相關(guān)性最強(qiáng),平均R2達(dá)到了 0.67,其對應(yīng)的反演模型精度也更高,說明基于光學(xué)遙感影像近紅外和紅光波段反射率構(gòu)建的干旱指數(shù)對研究區(qū)近地表層土壤濕度信息更敏感,但對地下較深層次的土壤濕度反演精度略低。(2)從各土壤濕度反演模型驗(yàn)證結(jié)果的決定系數(shù)(R2)、平均相對誤差(MRE)、平均絕對誤差(MAE)及均方根誤差(RMSE)的對比情況來看,GF-1 WFV和Landsat8 OLI遙感影像的VAPDI和MPDI反演模型精度均高于PDI,且VAPDI模型精度最高;土壤濕度反演模型不確定性主要受土壤濕度實(shí)測數(shù)據(jù)建模樣本數(shù)量、樣本異質(zhì)性、植被覆蓋水平和植被指數(shù)等參數(shù)和因素的影響,其中植被覆蓋水平和植被指數(shù)的選擇對模型不確定性的影響最大。(3)利用GF-1 WFV和Landsat8 OLI遙感影像VAPDI 土壤濕度反演模型得到的研究區(qū)表層土壤濕度空間分布格局都能夠比較直觀地反映出流域內(nèi)不同地區(qū)的土壤濕度水平和高低差異性,說明利用高分辨率光學(xué)遙感影像VAPDI進(jìn)行大范圍的表層土壤濕度反演具有一定的實(shí)用性;兩種遙感影像反演得到研究區(qū)表層土壤濕度空間分布圖的總體格局一致,但空間分辨率較高的GF-1 WFV遙感影像的反演結(jié)果相比Landsat8OLI更精細(xì),得到土壤濕度空間分布結(jié)果更有層次性,能夠反映出相近地塊土壤濕度的異質(zhì)狀況,綜合反演效果優(yōu)于Landsat8 OLI影像。(4)基于四個時相GF-1 WFV遙感影像的VAPDI 土壤濕度反演模型動態(tài)監(jiān)測結(jié)果表明:2016年6-8月研究區(qū)各區(qū)域表層土壤濕度時空變化明顯,但總體空間格局相對穩(wěn)定。其中烏什縣、溫宿縣南部、阿瓦提縣北部、阿克蘇市東部及阿拉爾市中部等流域中上游地區(qū)土壤濕度高且較為穩(wěn)定;而烏什縣北部、溫宿縣和阿克蘇市東部、阿瓦提縣西部和南部、柯坪縣、沙雅縣等流域邊緣及下游地區(qū)土壤濕度較低,時空變化相對強(qiáng)烈。(5)阿克蘇河流域表層土壤濕度的空間分布主要受人工灌溉、土地利用類型和植被覆狀況影響,在土壤濕度相對穩(wěn)定的流域中上游農(nóng)田植被區(qū),農(nóng)業(yè)需水灌溉可采用滴灌措施以提高水資源利用效率;對流域邊緣及下游表層土壤濕度時空變化強(qiáng)烈的非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),應(yīng)加強(qiáng)人工防護(hù)林、生態(tài)林的種植與維護(hù)力度,防止進(jìn)一步的土地荒漠化及天然林地、草地的退化,從而保障阿克蘇河流域的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綠洲生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)行。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S152.71;S127
【部分圖文】：

研究技術(shù)路線圖

圖２．１遙感影像ＮＩＲ－Ｒｅｄ光譜特征空間分布圖??上圖中Ａ為完全植被覆蓋地表，Ｂ為土壤濕度較高的裸土，Ｃ為干燥的裸土地??表，ＢＣ為土壤線，從Ｂ到Ｃ表示土壤濕度由高逐漸降低（下同），其中ＢＣ為土??

０Ｊ０?０Ｊ５?０．２０?０．２５?０３０?０３５?０．４０??紅光波段反射率Ｒｅｄ?ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ??圖２．１遙感影像ＮＩＲ－Ｒｅｄ光譜特征空間分布圖??上圖中Ａ為完全植被覆蓋地表，Ｂ為土壤濕度較高的裸土，Ｃ為干燥的裸土地??表，ＢＣ為土壤線，從Ｂ到Ｃ表示土壤濕度由高逐漸降低（下同），其中ＢＣ為土??壤線，表達(dá)式為：??Ｒｎｉｒ，ｓ＝ＭＲｒｅｄ，ｓ＋Ｉ?（２．１）??式中，Ｍ是土壤線的斜率，Ｉ是指土壤線在縱坐標(biāo)上的截距，Ｒｎｉｒ，ｓ和Ｒｒｅｄ，ｓ??分別為遙感影像中裸土像元大氣校正后的近紅外和紅光波段反射率，土壤線表達(dá)式??可以通過ＥＮＶＩ?５．１擬合像元在Ｎｉｒ－Ｒｅｄ光譜特征空間中的散點(diǎn)圖計(jì)算得到［５１］。??０．４０?－Ｉ??ｐ?被區(qū)?ＦｕＫＣｏｖｅｒ??Ｊ?＼、?干燥裸土?Ｄｒ＾ａｒｅ?Ｓｏｉｌ??＾?０．３０?－?、、、?７??Ｓ?七部分植被覆蓋區(qū)Ｐａｒｔｉａｌ?Ｃｏｖｅｒ＾／??１?〇，〇?－?／＼ｘ?Ｊ７??島?、／?Ｖ??每?／?裸土區(qū)?Ｂａｒｅ?Ｓｏｉｌ??１?７?／??．４
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫曉娟;趙成義;鄭金豐;;阿克蘇河流域近46年氣候變化研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2011年03期

2 趙玲;劉新春;同新煒;;阿克蘇河流域降水量特征分析[J];新疆氣象;2006年01期

3 ;阿克蘇河流域水資源可持續(xù)利用研討會在阿克蘇市召開[J];干旱區(qū)地理;2017年04期

4 孫國華;;阿克蘇河流域水行政執(zhí)法存在的問題及對策[J];新疆水利;2015年02期

5 劉衛(wèi)平;魏文壽;楊青;唐湘玲;張同文;;新疆阿克蘇河流域近40年來氣溫和降水變化[J];干旱區(qū)研究;2007年03期

6 周德成;羅格平;許文強(qiáng);馮異星;;1960—2008年阿克蘇河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2010年02期

7 毛煒嶧,吳鈞,史紅政,王成剛;阿克蘇河流域防洪氣象服務(wù)保障技術(shù)分析[J];新疆氣象;2004年04期

8 卞薇;陳亞寧;李稚;李玉朋;焦偉;張齊飛;;不同源降水?dāng)?shù)據(jù)在天山南坡阿克蘇河流域適用性分析[J];干旱區(qū)地理;2018年03期

9 姜海波;何新林;劉兵;周陽;;氣候變化背景下阿克蘇河流域平原水庫蒸發(fā)規(guī)律研究[J];水資源與水工程學(xué)報;2014年05期

10 陶培根;;阿克蘇河流域旱情分析及抗旱對策[J];新疆水利;2000年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 何英;干旱區(qū)典型流域水資源優(yōu)化配置研究[D];新疆農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 賈付生;基于高分辨率遙感數(shù)據(jù)的阿克蘇河流域土壤濕度反演與動態(tài)監(jiān)測[D];華中師范大學(xué);2018年

2 張瑞波;天山南坡阿克蘇河流域樹木年輪氣候研究[D];新疆師范大學(xué);2008年

3 高惠蕓;新疆阿克蘇河流域徑流量對氣候變化的響應(yīng)研究[D];新疆師范大學(xué);2007年

4 孫曉娟;氣候變化對阿克蘇河流域徑流量及平原水庫的影響研究[D];塔里木大學(xué);2010年

5 李思諾;變化環(huán)境下阿克蘇河流域干旱演變特征分析[D];河北工程大學(xué);2015年

6 張霞;阿克蘇河流域徑流變化及其對氣候變化的響應(yīng)研究[D];新疆農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

7 朱凱;新疆阿克蘇河流域徑流演變規(guī)律及預(yù)測研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號：2851329