區(qū)域水分收支或供需不平衡,導(dǎo)致水分短缺而影響到人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的氣候現(xiàn)象,被稱為干旱。美國(guó)氣象學(xué)會(huì)將干旱分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱,農(nóng)業(yè)作為我國(guó)的第一產(chǎn)業(yè),農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生會(huì)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的影響。運(yùn)用先進(jìn)有效的干旱監(jiān)測(cè)方法,對(duì)人民生活和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都存在著重要意義。傳統(tǒng)的基于氣象站點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)干旱監(jiān)測(cè)不具有及時(shí)和精確的特點(diǎn),相反衛(wèi)星遙感具有宏觀、綜合、實(shí)時(shí)等特點(diǎn),能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地獲取大范圍區(qū)域的干旱情況,利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),使得糧食安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展得到了保證。本文研究區(qū)新疆維吾爾自治區(qū)是國(guó)家最大的棉花和名優(yōu)瓜果基地,但是新疆地處干旱-半干旱氣候區(qū),這種氣候環(huán)境加劇了鹽漬化的發(fā)展,阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。地表溫度(LST)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)對(duì)干旱情況都有揭示作用,若單獨(dú)使用均存在一定的局限性,而二者結(jié)合使用可以通過(guò)代表綠色植被對(duì)干旱脅迫環(huán)境的反應(yīng)來(lái)揭示土壤水分信息,反應(yīng)植被是否受到了干旱的影響�；谶@兩個(gè)因子構(gòu)建的二維特征空間,計(jì)算出溫度-植被干旱指數(shù)(TVDI)綜合了兩個(gè)參數(shù)分別具有的生態(tài)意義。本研究使用中分辨率成像光譜儀(MODIS)遙感數(shù)據(jù),10cm、20cm土壤相對(duì)濕度氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù),以LST-NDVI特征空間理論為基礎(chǔ),構(gòu)建了新疆2004-2013年十年間的植被生長(zhǎng)期(3-8月)每月的LST-NDVI特征空間,計(jì)算出各個(gè)月TVDI的干旱變化圖。本文充分利用了MODIS數(shù)據(jù)的高時(shí)間分辨率的優(yōu)勢(shì),以及其對(duì)大范圍區(qū)域的干旱監(jiān)測(cè)所滿足的空間分辨率要求,從空間和時(shí)間兩個(gè)方面得到了新疆干旱分布和變化情況。研究主要方法和結(jié)果如下：(1)從2004到2013年,用五年為一個(gè)時(shí)間段,分別用最大、最小合成法提取相同植被指數(shù)間隔下的3-8月每月最大、最小地表溫度,構(gòu)成新的特征空間邊界,最后用線性擬合獲得合成特征空間的干、濕邊,得到五年合成的LST-NDVI特征空間。根據(jù)對(duì)單一時(shí)段和合成特征空間邊界的斜率、截距變化圖的分析,確定了原始邊界的不穩(wěn)定性,各個(gè)月的截距和斜率年際變化浮動(dòng)較大。合成干邊的截距大于單一時(shí)段截距,合成濕邊的截距小于單一時(shí)段截距,合成的特征空間更加穩(wěn)定。(2)將計(jì)算得到的TVDI分為無(wú)旱(0-0.67)、輕旱(0.67-0.74)、中旱(0.74-0.8)、重旱(0.8-0.86)和特旱(0.86-1)五個(gè)等級(jí),根據(jù)TVDI等級(jí)分布圖得到新疆多年來(lái)的干旱情況分布趨勢(shì)一致,重、特旱主要分布在新疆的兩大盆地(塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地),沿著盆地向外延伸旱情逐漸減輕,盆地邊緣和沿山脈地區(qū)的主要干旱等級(jí)為無(wú)旱、輕旱,重、特旱都分布在戈壁和沙漠地帶。每年三月份由于地表溫度過(guò)低,植被還在生長(zhǎng)初期,TVDI對(duì)其的監(jiān)測(cè)效果并不理想,包含多處無(wú)值像素點(diǎn)。隨著時(shí)間接近8月,氣溫逐漸上升和植被生長(zhǎng),無(wú)值像素點(diǎn)減少,干旱面積也有擴(kuò)大趨勢(shì)。(3)分析2013年8月TVDI指數(shù)分別與地表溫度、植被指數(shù)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn),TVDI與地表溫度的相關(guān)性達(dá)到0.989,而TVDI與植被指數(shù)的相關(guān)性僅為0.409,遠(yuǎn)低于TVDI對(duì)地表溫度的響應(yīng),結(jié)果表明植被指數(shù)反應(yīng)旱情的能力有限,而TVDI對(duì)地表溫度的變化更加敏感,用地表溫度對(duì)干旱進(jìn)行評(píng)估更有可取性。(4)用21-24個(gè)氣象站點(diǎn)10cm和20cm土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)對(duì)2012年TVDI進(jìn)行驗(yàn)證。10cm土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)和‘TVDI呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.617,即TVDI值越高,土壤相對(duì)濕度越低。20cm土壤相對(duì)濕度與TVDI無(wú)明顯相關(guān)性,這反映了TVDI對(duì)干旱監(jiān)測(cè)有可靠性,10cm土壤相對(duì)濕度比20cm土壤相對(duì)濕度更能反應(yīng)研究區(qū)的干旱情況。(5)由2004-2013年中研究區(qū)干旱面積所占全區(qū)比重的變化曲線看出,各月的干旱面積比重呈波動(dòng)變化,波動(dòng)范圍在33%-67%,但是根據(jù)趨勢(shì)線看出其變化趨勢(shì)平穩(wěn),保持在59%左右。重、特旱面積比重變化趨勢(shì)與干旱面積比重變化一致,二者的峰值和低值基本出現(xiàn)在同月,重、特旱面積比重的變化范圍在2%-33%之間,根據(jù)趨勢(shì)線看出重、特旱面積比重呈輕微上升趨勢(shì),由16%升高到20%,2009年的比重下降是由于春夏季新疆的氣溫持續(xù)偏低,而2011年比重上升是由于高溫和洪澇、冰雹等影響。(6)各月TVDI與多年各月TVDI均值的差值揭示了研究區(qū)的大部分地區(qū)2004-2014年的TVDI等級(jí)分布趨勢(shì)一致,變化范圍在-700～700之間,變化起伏劇烈區(qū)域僅位于局部地區(qū),變化最明顯的地區(qū)是南疆塔里木盆地邊緣和北疆沿天山一帶。常年處于強(qiáng)旱的地區(qū)TVDI變化起伏不大,而植被生長(zhǎng)較為茂盛的綠洲地區(qū)才是TVDI起伏較大的地區(qū),結(jié)果揭示了干旱監(jiān)測(cè)重點(diǎn)需要關(guān)注的植被生長(zhǎng)茂盛地區(qū)。由于氣溫較往年偏高、降水稀少,2007年的南疆和2008年北疆的TVDI距平都呈現(xiàn)在500～900的范圍內(nèi)。(7)基于TVDI均值的春季(3-5月)和夏季(6-8月)干旱情況有明顯的變化,夏季的無(wú)旱面積明顯低于春季,并且重、特旱面積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于春季,TVDI的季節(jié)性變化主要是由于夏季地表溫度的升高和植被長(zhǎng)勢(shì)的轉(zhuǎn)好,這點(diǎn)結(jié)果再次印證了地表溫度對(duì)TVDI干旱監(jiān)測(cè)的重要作用。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P407;P426.616
【部分圖文】：

大范圍、長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的干旱監(jiān)測(cè)ＵＷ。ＭＯＤＩＳ的基本參數(shù)如表１所示；逡逑表１邋ＭＯＤＩＳ探測(cè)器基本參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ＭＯＤＩＳ邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑參數(shù)名稱邐參數(shù)指稱逡逑軌道邐７０５ｋｍ，邐１０：邋３０ａｍ邋ｔＴＥ民ＲＡ），１：邐３０ｐｍ邋（ＡＱＵＡ＞邋？與太Ｗ同ki，近極地腳軌逡逑道逡逑帶寬邐２巧０ｋｍ邋（垂孰）ＸｌＯｋｒａ邋（星下點(diǎn)順軌）逡逑掃描速串邐２０．３轉(zhuǎn)／分鐘，垂豈于軌道逡逑望遠(yuǎn)鏡邐直徑１７７８ｃｍ邐逡逑體積邐ｌ．ＯｍＸ邋１．目ｍＸ邋１．邋Ｏｍ逡逑里量邐２７４ｋｇ逡逑功耗邐２巧Ｗ逡逑數(shù)據(jù)率邐平均６．２Ｍｂｐｓ；白天１０．８Ｍｂｐｓ；夜間２，巧Ｍｂｉｔｓ逡逑量化邐１化化逡逑空間分辨率邐２５０ｍ邋（１－２波段）：５００ｍ邋（３－７波段）；１０００ｍ邋（８－３６波段）逡逑設(shè)計(jì)壽命邐＾邐逡逑

２分損失，這個(gè)行為會(huì)降低地表的潛熱通量，增加地表感熱通量，從而使植被冠層逡逑的溫度升高，由此可Ｗ認(rèn)為植被冠層溫度的升高也揭示了植被正在受到水分脅逡逑迫，同時(shí)揭示了周?chē)h(huán)境存在干旱情況。植被覆蓋度低的地區(qū)和裸地會(huì)在±壤含逡逑水量減少時(shí)，主壤的熱容量同時(shí)降低，±壤所接收到太陽(yáng)福射后溫度更容易使地逡逑表溫度升高，所Ｗ裸地地表溫度的升高揭示了止壤的干旱情況。結(jié)合Ｗ上兩個(gè)方逡逑面可Ｗ得出，地表溫度可用于干旱監(jiān)測(cè)Ｕ＂。逡逑本研究所使用的地表溫度數(shù)據(jù)是Ｍ０Ｄ１１Ａ２空間分辨率為化ｍ，時(shí)間間隔為逡逑八天的陸地表面溫度合成產(chǎn)品，是由Ｗａｎ等人基于劈窗算法（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ逡逑ｓｐｌｉｔ－ｗｉｎｄｏｗ邋ＬＳＴ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）邋口５哺晝夜算法［＂壇用ＭＯＤＩＳ數(shù)據(jù)反演得到的，其中逡逑包括了白天地表溫度、夜間地表溫度、３１波段通道發(fā)射率、３２波段通道發(fā)射率逡逑和其他輔助數(shù)據(jù)。逡逑用２０１３年８月Ｍ０Ｄ１１Ａ２數(shù)據(jù)合成新疆地表溫度分布圖（圖３），將地表溫逡逑度劃分為１２個(gè)等級(jí)，圖中顯示新疆的地表溫度范圍在－ｌＯ’Ｃ？５５°Ｃ，空間分布是逡逑由盆地（沙漠）的高溫地區(qū)向非盆地地區(qū)溫度逐漸降低，直到沿山脈一帶處于低逡逑溫環(huán)境。逡逑

散點(diǎn)圖中橫坐標(biāo)為ＮＤＶｌ，縱坐標(biāo)為ＬＳＴ邋（攝氏度）。從圖中可Ｗ明顯看到，逡逑十年里Ｈ月的ＮＤＶＩ值較低，多集中在０－０．６之間，地表大部分處于少量植被覆逡逑蓋的狀態(tài)，隨著月份的增加，ＮＤＶＩ的范圍也明顯增大，最高值超過(guò)０．９，所構(gòu)成逡逑的ＬＳＴ－ＮＤＶＩ特征空間也隨之向ＮＤＶＩ高值區(qū)擴(kuò)展，并且越接近８月，特征空間構(gòu)逡逑成的蘭角形也更加明顯和完整。但無(wú)論是何月份，各年份的ＬＳＴ－ＮＤＶＩ特征空間逡逑的結(jié)構(gòu)特征之間有較大差異，也并不穩(wěn)定。造成送種同時(shí)段、同區(qū)域的ＬＳＴ－ＮＤＶＩ逡逑特征空間差異較大的原因眾多，但根據(jù)前文所述的定義可知，ＬＳＴ－ＮＤＶＩ特征空間逡逑是由±壤濕度范圍和地表植被覆蓋程度所決定，若觀測(cè)期內(nèi)地表狀況持續(xù)偏干逡逑燥，則實(shí)際蒸散無(wú)法達(dá)到潛在蒸散，即地表無(wú)法達(dá)到從無(wú)蒸散到潛在蒸散的范圍逡逑條件，那么各個(gè)間隔的ＮＤＶＩ值對(duì)應(yīng)的最小地表溫度組成的濕邊就會(huì)高于特征空逡逑間的理論濕邊，反之同理。ＬＳＴ－ＮＤＶＩ特征空間也會(huì)受到衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，逡逑若觀測(cè)期內(nèi)天氣晴朗日數(shù)少，云對(duì)衛(wèi)星圖像產(chǎn)生的影響較大，可能得到的地表溫逡逑度和植被指數(shù)都會(huì)偏低。若觀測(cè)期內(nèi)衛(wèi)星觀測(cè)角度持續(xù)偏大，所得到的植被指數(shù)逡逑也可能偏高，這些原因都會(huì)導(dǎo)致所得的觀測(cè)圖像數(shù)據(jù)的代表性不足，造成逡逑ＬＳＴ－ＮＤＶＩ特征空間的不穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)結(jié)果的誤差也會(huì)隨么增大，甚至無(wú)法使用。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2834970