基于TVDI的土壤干旱遙感監(jiān)測分析

袁田玉閣　蔡迪

摘 ?要：干旱作為一種全球性自然災(zāi)害，發(fā)生與發(fā)展規(guī)律較為復(fù)雜，且人們對其了解較少，而該自然災(zāi)害帶來的影響卻遠(yuǎn)超其他自然災(zāi)害。據(jù)悉，我國自建國以來，平均每年受旱災(zāi)面積高達(dá)2100萬公頃，占耕地面積20%左右，成災(zāi)面積達(dá)到870萬公頃，干旱頻率較高，持續(xù)時間較長，波及范圍較廣，為我國國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重影響。為解決該問題，文章通過TVDI法對土壤干旱情況進(jìn)行遙感監(jiān)測，以此準(zhǔn)確展現(xiàn)土壤干旱情況與旱情變化規(guī)律，及時預(yù)警土壤旱情，為緩解干旱問題提供支持。

關(guān)鍵詞：TVDI;土壤干旱;遙感監(jiān)測

引言

從古至今，旱災(zāi)一直是困擾我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要難題，即使科技不斷發(fā)展，干旱問題帶來的影響仍然存在。尤其是環(huán)境污染，生態(tài)平衡被打破，旱災(zāi)的發(fā)生幾率更是頻繁，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在過往干旱監(jiān)測中，主要通過氣象站監(jiān)測分析，卻因經(jīng)濟(jì)條件等原因，氣象站分布并不均勻，影響了干旱監(jiān)測。科技的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了對土壤干旱的全天候、全面積監(jiān)測，為干旱監(jiān)測提供了條件[1]。而TVDI作為NDVI、LST構(gòu)建而成，能夠準(zhǔn)確展現(xiàn)干旱情況，下文對其在土壤干旱遙感監(jiān)測內(nèi)的應(yīng)用展開探析。

1 遙感監(jiān)測方法的簡單概述

在自然環(huán)境下，土壤內(nèi)水分具有較大時空變動，在測量時，很難連續(xù)、規(guī)模性的精確測量其時空變化，而遙感技術(shù)的出現(xiàn)，能夠有效監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤的濕度情況、時空變化等。因為，對土壤干旱遙感監(jiān)測時，他主要通過土壤表面發(fā)射或者反射的電池輻射能，了解不同波段下土壤內(nèi)水分特性。經(jīng)過多年發(fā)展，我國遙感監(jiān)測方式越發(fā)多樣化。常見如下幾類：其一，可見光紅外遙感監(jiān)測。該方式主要通過植被指數(shù)、植被狀態(tài)指數(shù)等對一個地區(qū)、一段時間內(nèi)土壤干旱情況進(jìn)行監(jiān)測，得到定性結(jié)果[2]。其中，常用的植被指數(shù)包括AVI、NDVI、VCI、植被，供水指數(shù)等。其二，熱紅外遙感監(jiān)測。該方式追主要通過對土壤內(nèi)水分對土壤表面溫度、發(fā)射率等的依賴程度，以此了解土壤干旱情況。常見的監(jiān)測方式包含兩類：一為依靠土壤內(nèi)含水量、土壤熱特性之間的關(guān)系，反演土壤干旱狀況，如：熱慣量法;一類依靠植被冠層的表面溫度、周圍空氣的溫度，計算得出植物實際的蒸散、最大蒸散之間的比值，展現(xiàn)植被根系范圍土壤干旱情況，如：作物缺水指數(shù)。

2 基于TVDI的土壤干旱遙感監(jiān)測

2.1 數(shù)據(jù)來源和研究方式

在本次遙感監(jiān)測中，使用的數(shù)據(jù)是2013年6-9月的影響數(shù)據(jù)，來自于NASAEOS，在大面積監(jiān)測土壤干旱動態(tài)中，該影響數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。其中包含了地溫的全天數(shù)據(jù)、觀察時間、質(zhì)量評估、觀察角度，植被狀況數(shù)據(jù)等。

TVDI作為本文主要采用的土壤干旱指標(biāo)，其是由溫度數(shù)據(jù)、植被指數(shù)構(gòu)成，計算公式為：

在公式中，代表任意像元地表溫度，是NDVI的數(shù)值，a、b、c、d為干邊與濕邊的擬合方程系數(shù)，干邊是指NDVI數(shù)值對應(yīng)存在的最大溫度，濕邊為最低溫度數(shù)值。而TVDI指數(shù)大約在0-1間，濕邊所對應(yīng)的TVDI指數(shù)為0時，土壤濕潤度最大;干邊所對應(yīng)的TVDI指數(shù)為1時，土壤干旱程度最大。可以說，TVDI指數(shù)越高，土壤濕度越低，土壤越干旱。

2.2 TVDI模型計算

在TVDI計算中，選擇的數(shù)據(jù)分別是6.26、7.12、7.28、8.13、8.29、9.30六天影響，這些時日的影像變化突出，每日數(shù)據(jù)都能夠代表半月影像合成數(shù)據(jù)，具體見圖1。

利用相應(yīng)軟件內(nèi)的TVDI計算，對地表溫度、植被指數(shù)展開線性擬合分析，計算之前，以軟件統(tǒng)計能力確定溫度、植被指數(shù)的集中分布區(qū)，增強(qiáng)計算結(jié)果準(zhǔn)確性。文章選擇的地表溫度集中于280-330K華氏度，植被指數(shù)在0-1范圍。計算結(jié)果表示，干濕邊對應(yīng)擬合方程初時呈現(xiàn)出三角形，植被覆蓋高度不斷提升，干邊最高溫度因植被冠層作用，在土壤最干狀態(tài)下，地溫下降[3]。濕邊最低溫度因蒸騰影響，地表溫度上升。植被指數(shù)值上升，干濕邊的擬合方程所對應(yīng)最高/最低溫度近似相交。

2.3 監(jiān)測結(jié)果

在TVDI指數(shù)劃分中，0-0.2代表土壤濕潤，0.2-0.4表示土壤濕度正常，0.4-0.6代表輕度干旱，0.6-0.8代表中度干旱，0.8-1代表重度干旱。利用GIS處理TVDI的計算結(jié)果，最終得出：在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，6月的干旱程度不同，6.26之后，土壤干旱情況零星分散，多數(shù)地區(qū)為正常或者輕度干旱，北部區(qū)域較為濕潤，但是，降雨量的減少，干旱情況逐漸出現(xiàn)并蔓延。在7月中旬之后，測量區(qū)域內(nèi)多數(shù)地方都呈現(xiàn)出中度甚至重度干旱情況，尤其以中部、難度最嚴(yán)重，且重旱區(qū)逐漸向北部推進(jìn)。進(jìn)入8月之后，干旱情況逐漸緩解，大多以中度與輕度干旱為主。

為清晰掌握TVDI指數(shù)不同等級的變化情況，利用GIS的重分類，對不同指數(shù)等級的面積在整個監(jiān)測區(qū)域占比進(jìn)行統(tǒng)計，云層影響下，部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，并未顯示在圖中，具體見圖2。由圖可知，在6.26-9.30之間，濕潤和重旱占比較低，其中，6.26-7.12之間，濕潤度和正常情況的占比較大，無明顯干旱情況，重旱、中旱分布極少。在7.28，正常與輕旱情況開始想輕中旱發(fā)展，干旱趨勢加重。進(jìn)入8月之后，不同等級干旱狀況無明顯浮動，輕旱占據(jù)主體，8.29，濕潤度、正常度占比出現(xiàn)增長趨勢，輕旱與中旱的比例下降。

3 結(jié)束語

總而言之，我國作為農(nóng)業(yè)大國，干旱問題在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的影響難以忽視，直接影響了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對此，對干旱問題進(jìn)行遙感監(jiān)測，做好干旱預(yù)警工作，為旱情治理與調(diào)控提供幫助，對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)提升具有重要意義。文章通過植被指數(shù)、地表溫度對地表干旱情況實時模擬，依照擬合結(jié)果、理論值間差異性對比，得出TVDI指數(shù)，進(jìn)而及時判斷土壤干旱情況，為理想的干旱控制提供了幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] ?劉英，岳輝，李遙，等. 基于MODIS的河南省春旱遙感監(jiān)測[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2018，v.36;No.168（03）：224-229.

[2] ?陳丙寅，楊遼，陳曦，等. 基于改進(jìn)型TVDI在干旱區(qū)旱情監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]. 干旱區(qū)地理，2019（4）：98-98.

[3] ?趙建蘋，胡順石，秦建新. 基于TVDI的湖南省干旱監(jiān)測分析[J]. 地理空間信息，2018，016（003）：101-105.

作者簡介：袁田玉閣，1998年10月出生，女，漢族，重慶市萬州區(qū)，本科，遙感科學(xué)與技術(shù)。