本文關(guān)鍵詞：基于多源遙感數(shù)據(jù)的灌區(qū)農(nóng)田蒸散發(fā)和土壤墑情反演及應(yīng)用　出處：《中國(guó)水利水電科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由于黃河流域水資源供需矛盾突出,黃河水利委員會(huì)對(duì)引黃灌溉水量實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度,將河套灌區(qū)年引黃水量由2000年的52億m3逐步壓減到2015年的40億m3,為應(yīng)對(duì)供水量的減少,內(nèi)蒙古河套灌區(qū)實(shí)施了續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè),通過(guò)提高灌溉水利用效率,來(lái)保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水要求。而引水量的減少和節(jié)水改造的實(shí)施,使得灌區(qū)水量分配發(fā)生改變。灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和地下水位發(fā)生很大變化,這些變化將對(duì)農(nóng)田蒸散發(fā)和水土環(huán)境變化產(chǎn)生直接影響。本研究利用Landsat和MODIS系列遙感數(shù)據(jù),通過(guò)增強(qiáng)自適應(yīng)時(shí)空融合算法(Enhance spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTARFM)構(gòu)建高時(shí)空植被參數(shù)數(shù)據(jù)集,反演了河套灌區(qū)解放閘灌域田塊尺度多年種植結(jié)構(gòu)信息;利用SEBS(Surface Energy Balance System)遙感蒸散發(fā)模型生成Landsat時(shí)空尺度蒸散發(fā)數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)融合算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)MODIS蒸散發(fā)的空間降尺度,構(gòu)建同時(shí)具有Landsat空間和MODIS時(shí)間分辨率的蒸散發(fā)數(shù)據(jù)集,在此基礎(chǔ)上分析不同作物蒸散發(fā)季節(jié)和年際變化、農(nóng)田總蒸散發(fā)對(duì)種植結(jié)構(gòu)和地下水的時(shí)空響應(yīng),評(píng)價(jià)灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施以來(lái)灌溉水有效利用系數(shù)的變化,.采用地表溫度植被指數(shù)的遙感模型反演土壤水分,利用數(shù)據(jù)融合方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)MODIS 土壤水分的空間降尺度,獲取不同作物類型土壤墑情空間分布,并通過(guò)作物灌溉前土壤相對(duì)濕度來(lái)診斷水分虧缺程度。研究得到的結(jié)論如下:(1)構(gòu)建了不同作物生育期內(nèi)高時(shí)空NDVI數(shù)據(jù)集,結(jié)合實(shí)體作物NDVI變化特征、迭代自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù)(ISODATA)和光譜耦合技術(shù)(SMT),反演了解放閘灌域2000-2015年間7年的作物分布信息。糧食作物春玉米和春小麥種植面積逐年增加,尤以春玉米變化幅度最大,由2000的0.83萬(wàn)hm2增加到2015年的4.02萬(wàn)hm2。經(jīng)濟(jì)作物向日葵種植面積由下降變?yōu)樯仙厔?shì)。由于套種模式勞動(dòng)力成本較高,使得農(nóng)戶轉(zhuǎn)向單一作物種植模式,其種植面積逐年下降,由2000年的4.30萬(wàn)hm2減少到2015年的0.41萬(wàn)hm2。春玉米和春小麥在灌區(qū)的東南部、北部和東北部分布較為密集,向日葵在西部和東北偏中部地區(qū)分布較多,套種種植模式主要分布在東南部和西南部。(2)利用ESTARFM融合算法構(gòu)建了具有高時(shí)空分辨率特征的蒸散發(fā)數(shù)據(jù)集。在田塊尺度中,融合蒸散發(fā)與水量平衡蒸散發(fā)變化過(guò)程吻合,春玉米、春小麥和向日葵決定系數(shù)R2分別達(dá)到了 0.85、0.79和0.82,均方根誤差均低于0.7mm/d,相對(duì)誤差均低于16%。在總量驗(yàn)證中,融合蒸散發(fā)與水量平衡蒸散發(fā)相一致,兩者決定系數(shù)達(dá)到了 0.64。融合蒸散發(fā)與Landsat蒸散發(fā)在空間紋理信息和差異性上一致,07月23日、08月24日和09月01日相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.85、0.81和0.77,差值均值分別為0.24mm、0.19mm和 0.22mm,標(biāo)準(zhǔn)偏差分為 0.81mm、0.72mm 和 0.61mm。(3)不同作物生育期和非生育期蒸散發(fā)差別較大,但4-10月份不同作物平均蒸散發(fā)差異較小。生育期內(nèi),套種(小麥和向日葵)年均蒸散發(fā)最大,達(dá)到637mm,春玉米和向日葵次之,分別為598mm和502mm,春小麥蒸散發(fā)最低,為412mm。非生育期內(nèi),春小麥蒸散發(fā)最大,年均達(dá)到214mm,春玉米和向日葵分別為42mm和128mm。農(nóng)田蒸散發(fā)高值區(qū)域出現(xiàn)在西部和東北靠中部,均高于其它地區(qū),其空間分布并沒(méi)有隨種植結(jié)構(gòu)的大幅調(diào)整而發(fā)生明顯變化,而是與地下水埋深表現(xiàn)為相似的分布特征。農(nóng)田蒸散發(fā)總量多年來(lái)保持在一定水平,對(duì)種植結(jié)構(gòu)和地下水位的時(shí)空變化不敏感。(4)自引黃灌溉總量縮減以及節(jié)水改造工程實(shí)施以來(lái),地下水埋深從1.76m降至2.33m,農(nóng)田蒸散發(fā)總量保持穩(wěn)定,灌溉水有效利用系數(shù)得到提高,由2000年的0.58提高到2015年的0.65,節(jié)水改造效果明顯。農(nóng)田相對(duì)蒸發(fā)比值Kc,a與地下水埋深具有較好的相關(guān)性,兩者之間的決定系數(shù)R2達(dá)到了 0.61。多年來(lái),農(nóng)田相對(duì)蒸發(fā)比值Kc,a表現(xiàn)出下降的趨勢(shì),平均每年下降幅度為0.3%。(5)Landsat和MODIS尺度遙感反演表層土壤水分與觀測(cè)值相關(guān)性較好,決定系數(shù)分別為0.743和0.569;Landsat和MODIS尺度根層土壤水分與觀測(cè)值之間的決定系數(shù)分別為0.772和0.585。在土壤水分空間降尺度中,非灌溉時(shí)段內(nèi)融合結(jié)果與觀測(cè)值較接近,春小麥相對(duì)誤差低于20%,春玉米和向日葵相對(duì)誤差低于10%;在灌溉時(shí)段內(nèi),由于遙感影像沒(méi)有捕捉到因灌溉而發(fā)生的土壤水分劇烈變化,融合結(jié)果與觀測(cè)值誤差較大,春小麥最大相對(duì)誤差出現(xiàn)在5月15日,為58.48%,春玉米和向日葵最大誤差出現(xiàn)在7月10日和7月13日,分別為12.91%和33.56%。(6)在春玉米地、向日葵地和春小麥地灌溉前代表日中,大部分面積的土壤相對(duì)濕度在60%以上,出現(xiàn)輕旱面積較小。其中,春玉米地6月18日、7月28日、8月27日和9月28日出現(xiàn)輕旱的面積占比分別為8.95%、5.46%和3.16%和15.91%。向日葵地6月18日、7月28日、8月27日和9月28日出現(xiàn)輕旱的面積占比分別為7.04%、5.22%、3.64%和6.19%。春小麥地5月3日和6月18日出現(xiàn)輕旱的面積占比分為8.91%和13.49%。在整個(gè)生育期內(nèi),春玉米、葵花地和春小麥均未出現(xiàn)中旱和重旱現(xiàn)象。
[Abstract]:Based on the remote sensing data , this paper analyzes the spatial and temporal changes of irrigation water use efficiency and the spatial and temporal changes of irrigation water use efficiency . The results were as follows : ( 1 ) The planting area of spring corn and spring wheat increased year by year . ( 3 ) The difference of evapotranspiration in different crop growth periods and non - growing periods is relatively large , but the average evapotranspiration of different crops in April - October is small . The average evapotranspiration of winter wheat and sunflower is up to 637mm , the spring corn and the sunflower are 42 mm and 128 mm respectively . The total evapotranspiration of farmland is up to 214mm , the spring corn and the sunflower are 42 mm and 128 mm respectively . The relative error of spring wheat was 8.95 % , 5.46 % , 3.64 % and 15.91 % , respectively .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S127;S152.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1420020