基于MODIS產(chǎn)品的紅原縣草地旱情監(jiān)測研究

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

一、緒論

(一)研究意義及背景

四川省獨特的盆地結(jié)構(gòu)造就了復(fù)雜多樣的氣候特點以及地理地勢條件，而這正是造成四川省境內(nèi)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的最重要原因之一[1]。自然災(zāi)害的發(fā)生總是伴隨著對人民生命財產(chǎn)安全的巨大威脅，除此之外，自然災(zāi)害的發(fā)生影響并危害著國家的經(jīng)濟、社會發(fā)展。

干旱影響著我國農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境以及國民經(jīng)濟發(fā)展等。

紅原大草原作為四川省的重要草原，近年來頻頻發(fā)生干旱災(zāi)情，不僅嚴重制約了草原畜牧業(yè)的健康發(fā)展，在一定程度上也加劇了對環(huán)境的污染惡化[2]。

遙感技術(shù)(Remote Sensing,RS)因其數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍的大、時間分辨率的多樣、獲得成本的低廉等特點而當(dāng)仁不讓地成為了最重要的科研素材[3]。

(二)研究目標和研究內(nèi)容

本文以MODIS數(shù)據(jù)作主要數(shù)據(jù)源，時間范圍為2010-2016年，涵蓋紅原縣境內(nèi)所有草地；探究TVDI與氣象因子的相關(guān)性內(nèi)容如以下所述：

1.數(shù)據(jù)的獲取及處理。首先獲取研究區(qū)2010、2013、2016年MODIS數(shù)據(jù)及產(chǎn)品，研究區(qū)DEM，氣象站點等數(shù)據(jù)。從獲取得遙感圖像中選取覆蓋范圍完整，干擾因素較少的數(shù)據(jù)作為處理對象，經(jīng)過預(yù)處理后，以時間為順序，處理MODIS數(shù)據(jù)文件，再提取研究所需特征，對1km分辨率的LST產(chǎn)品降尺度得到本論文研究所需分辨率。

2.草地分類方法研究。研究分類提取草地信息的方法，經(jīng)過對多種分類方法的比較后，采用最大似然法、決策樹分類法、隨機森林分類法，進行分類，通過對比研究，選擇一種分類精度最高且適用于紅原縣草地的分類方法。

3.干旱分級及分析。對三種干旱指數(shù)與干旱的相關(guān)性分析后，選取一種干旱指數(shù)為標準，結(jié)合紅原縣境內(nèi)草地實際情況，對草地進行干旱分級，生成相應(yīng)的示意圖產(chǎn)品。

二、研究區(qū)數(shù)據(jù)及預(yù)處理

(一)研究區(qū)自然地理概況

圖1 研究區(qū)位置示意圖

三、草地信息提取

(1)選擇典型并全面的樣本，目視解譯目標區(qū)域的遙感影像，均勻的選擇純像元，保持與實地情況的高度一致性；盡量避免選擇混合像元區(qū)域或者圖像中類型變化的交界邊緣區(qū)域。(2)注意將需處理遙感影像與已選取的樣本在時間、空間上均要保持高度一致性。(3)依據(jù)樣本分布隨機性、樣本總量適中性及光譜特征均勻性等原則，規(guī)劃樣本選取的地理位置，進而考查地物覆蓋情況。(4)將訓(xùn)練樣本和驗證樣本按照7:3的比例劃分成兩部分，一部分用于分類，另一部分用于驗證、評估分類精度。

四、TVDI的反演

應(yīng)用已獲取得NDVI產(chǎn)品、降尺度后的LST產(chǎn)品及經(jīng)過預(yù)處理和裁剪拼接過的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合上文擬合獲得的方程系數(shù)，根據(jù)干濕邊方程系數(shù)，反演出研究區(qū)內(nèi)所有像元的TVDI值，并與第三章中提取的草地結(jié)果進行疊加分析，圖中無數(shù)據(jù)的空白區(qū)域則為非植被覆蓋區(qū)，如裸地、建筑物等。

五、基于TVDI的紅原縣草地干旱動態(tài)監(jiān)測分析

(一)旱情空間變化分析

從圖5-1～5-4的監(jiān)測結(jié)果還可以看出，紅原縣草地干旱的空間分布特征為，相比邊緣地帶中部更不容易發(fā)生旱情，基本呈濕潤或正常狀態(tài)。

(二)氣象因子影響分析

根據(jù)相關(guān)資料可以知道，干旱災(zāi)害是由多種因素共同作用導(dǎo)致的，其中氣象因素是主要的原因之一。紅原縣符合干旱、半干旱氣候的主要特征，因此選取紅原縣附近氣象站點的降水量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù)來分析紅原縣境內(nèi)草地干旱與其的相關(guān)性。

六、結(jié)論

(1)為了進一步對研究區(qū)的草地干旱研究分析，對研究區(qū)的MODIS影像進行了地物分類，做出紅原縣土地利用分類圖，從而提取出草地。(2)對紅原縣草地的干旱分級結(jié)果進行統(tǒng)計分析。發(fā)現(xiàn)紅原縣境內(nèi)草地生長期主要以輕旱和中旱為主，也有部分地區(qū)或部分時間會發(fā)生重旱；就空間尺度上來講，中部的草原區(qū)常年呈現(xiàn)正常甚至濕潤，幾乎不會出現(xiàn)干旱，而紅原縣邊緣部分旱情最重，干旱等級以中旱甚至重旱為主。(3)紅原縣中部地區(qū)草地生長狀況相對正常，未出現(xiàn)干旱情況，然而，其他地區(qū)卻不同程度的受到干旱的襲擊，降水量與TVDI呈負相關(guān)，隨著降水量的增大，TVDI指數(shù)減小，旱情得到緩解，兩者相關(guān)性較好。