基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，具體為：利用衛(wèi)星遙感被監(jiān)測區(qū)域的地表溫度和植被指數(shù)；以先驗信息為判定條件，對衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行預處理；基于預處理后的地表溫度和歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，構(gòu)建特征空間；由特征空間擬合出特征空間干濕邊；由特征空間干濕邊得到干濕邊截距、干濕邊斜率等各參數(shù)；由各特征空間參數(shù)和地表溫度和歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，得到溫度植被干旱指數(shù)；由溫度植被干旱指數(shù)，得到地表土壤含水量，最終進行干旱監(jiān)測。本發(fā)明解決了以往特征空間法干濕邊不穩(wěn)定，過度放大變量差異，甚至出現(xiàn)所得參數(shù)的數(shù)值超出該參數(shù)應有物理意義值域的錯誤現(xiàn)象。
【專利說明】基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)干旱反演領域，尤其涉及一種基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]干旱對人類社會特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。中國各種自然災害造成的損失中，干旱列為首位。據(jù)統(tǒng)計，中國農(nóng)業(yè)自然災害的近60%是干旱造成的。因此干旱監(jiān)測的研究，對于了解旱情程度和分布，采取有效的防旱抗旱措施，科學指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具有重要意義。
[0003]然而傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測方法，主要是根據(jù)有限的旱情測量站點測定土壤水分含量來進行旱情監(jiān)測。采樣速度慢，范圍有限而且花費大量的人力物力，難以滿足當前實時、干旱監(jiān)測的需求。隨著遙感技術的迅速發(fā)展，衛(wèi)星遙感快速獲取大面積地表信息的方式使實時或準實時大范圍干旱監(jiān)測成為可能。
[0004]地表溫度是控制地表大多數(shù)物理、化學和生物過程的參數(shù)之一。對裸土來說，它是指土壤表面溫度；對植被覆蓋的地表而言，可認為是植物冠層的表面溫度。植物冠層溫度升高是植物受到水分脅迫和發(fā)生干旱的初始指示器，基于此機理，地表溫度可用于土壤干旱程度的監(jiān)測。許多學者在研究地表溫度與植被指數(shù)的空間分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在一定的空間區(qū)域范圍內(nèi)，地表溫度和植被指數(shù)散點分布空間往往形成三角形或者梯形的形狀。而這一形狀分布特征恰恰反映了地表溫度隨著地表植被覆蓋和地表土壤水分等因素的變化特征，即整體上講，地表溫度隨著植被指數(shù)的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢，而在相同植被覆蓋條件下(即植被指數(shù)相同)，地表溫度的變化則主要由地表土壤水分狀況來決定。
[0005]作為一種簡單有效的遙感干旱監(jiān)測方法，基于衛(wèi)星光譜信息的特征空間法綜合了植被指數(shù)和地表溫度信息，反映了監(jiān)測區(qū)域土壤含水量狀況，具有明確的生物物理意義，但在遙感數(shù)據(jù)干旱監(jiān)測應用中，經(jīng)常出現(xiàn)干濕邊不穩(wěn)定，過度放大兩個變量差異，甚至出現(xiàn)所得參數(shù)的數(shù)值超出該參數(shù)應有物理意義值域的錯誤現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速確定方法，該方法解決了以往特征空間法干濕邊不穩(wěn)定，過度放大變量差異，甚至出現(xiàn)所得參數(shù)的數(shù)值超出該參數(shù)應有物理意義值域的錯誤現(xiàn)象。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，具體為:
[0008]I)利用衛(wèi)星遙感被監(jiān)測區(qū)域的地表溫度和植被指數(shù)；
[0009]2)以先驗信息為判定條件，對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行預處理；
[0010]3)基于預處理后的地表溫度和歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，構(gòu)建特征空間；[0011]4)由特征空間擬合出特征空間干濕邊；
[0012]5)由特征空間干濕邊得到參數(shù):干濕邊截距、干濕邊斜率；
[0013]6)由各特征空間參數(shù)、地表溫度和歸一化植被指數(shù)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，得到溫度植被干旱指數(shù)；
[0014]7)由溫度植被干旱指數(shù)，得到地表土壤含水量，最終進行干旱監(jiān)測。
[0015]進一步，所述步驟2)具體為:
[0016]A)獲取長時間序列的MODIS L2級500m的地表溫度和1000m的植被指數(shù)數(shù)據(jù)，作為原始數(shù)據(jù)；
[0017]B)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行預處理，以先驗信息為判定條件，剔除明顯的異常值，避免其代入干濕邊的擬合。
[0018]進一步，所述步驟3)中，以預處理后的歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為橫軸，預處理后的地表溫度為縱軸，建立特征空間。
[0019]進一步，所述步驟6)具體為:
[0020]A)引入提出的一個特征空間法歸一化系數(shù)，將該歸一化系數(shù)設為變量，代入溫度
植被干旱指數(shù)的計算表達式中計算求值，計算表達式如下:
【權利要求】
1.基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，該方法具體為: 1)利用衛(wèi)星遙感被監(jiān)測區(qū)域的地表溫度和植被指數(shù)； 2)以先驗信息為判定條件，對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行預處理； 3)基于預處理后的地表溫度和歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，構(gòu)建特征空間； 4)由特征空間擬合出特征空間干濕邊； 5)由特征空間干濕邊得到參數(shù):干濕邊截距、干濕邊斜率； 6)由各特征空間參數(shù)、地表溫度和歸一化植被指數(shù)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，得到溫度植被干旱指數(shù)； 7)由溫度植被干旱指數(shù)，得到地表土壤含水量，最終進行干旱監(jiān)測。
2.如權利要求1所述的基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，所述步驟2)具體為: A)獲取長時間序列的MODISL2級500m的地表溫度和1000m的植被指數(shù)數(shù)據(jù)，作為原始數(shù)據(jù)； B)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行預處理，以先驗信息為判定條件，剔除明顯的異常值，避免其代入干濕邊的擬合。
3.如權利要求1所述的基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，所述步驟3)中，以預處理后的歸一化植被指數(shù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為橫軸，預處理后的地表溫度為縱軸，建立特征空間。
4.如權利要求1所述的基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，所述步驟6)具體為: A)引入提出的一個特征空間法歸一化系數(shù)，將該歸一化系數(shù)設為變量，代入溫度植被干旱指數(shù)的計算表達式中計算求值，計算表達式如下:

5.如權利要求1所述的基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，所述已知的地表溫度和植被指數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品為NASA提供的MODIS中國云南省2010-2013年的地表溫度和植被指數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
6.如權利要求1所述的基于地表溫度與植被指數(shù)特征空間的干旱指數(shù)快速監(jiān)測方法，體特征在于，所述原始數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)格式為HDF。
【文檔編號】G01N33/24GK103675234SQ201310676807
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2013年12月11日
【發(fā)明者】顧堅斌, 陳良富, 陶金花, 蘇林, 范萌, 鄒銘敏 申請人:中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所