東北三省旱情遙感監(jiān)測方法研究

趙鑫

（哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150025）

干旱是世界上許多國家面臨的危害之一，從古至今都對社會的發(fā)展產(chǎn)生著巨大的阻礙作用[1]。旱災(zāi)的發(fā)生破壞了生態(tài)環(huán)境的持續(xù)穩(wěn)定，因此開展旱情監(jiān)測并及時制定相應(yīng)的抗旱機(jī)制具有重要意義[2]。遙感技術(shù)以其客觀、迅速的優(yōu)勢在近些年飛速發(fā)展，為旱情遙感監(jiān)測開發(fā)了一條新途徑[3]。遙感衛(wèi)星可以快速獲取區(qū)域及全球在時空尺度上連續(xù)的數(shù)據(jù)，在旱災(zāi)的各方面都有廣闊的應(yīng)用前景[4]。

在本研究中，選取典型干旱年作物主要生長季遙感影像，采用表觀熱慣量(ATI)遙感干旱指數(shù)方法對土壤水分進(jìn)行分析?？梢源_定用MODIS數(shù)據(jù)能否大范圍監(jiān)測旱情，并在時空范圍上分析出旱情變化狀況，這對于推動?xùn)|三省的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

在當(dāng)代中國，東北三省指的是黑龍江省、吉林省和遼寧省三省[5]。近年來東北三省春旱較為嚴(yán)重，其在作物播種月存在著大部分氣溫偏高、降水偏少的現(xiàn)象，雖有利于土壤化凍，但干旱對春播及春耕整地造成了很多的不利影響[6]。本文在充分考慮上述因素的基礎(chǔ)上又結(jié)合東北三省春季的以下幾個特點(diǎn)：(1)我國北方的冷氣團(tuán)勢力強(qiáng)大，受冷空氣控制，降水較少；(2)氣溫回升快，大風(fēng)天氣多，蒸發(fā)旺盛，導(dǎo)致土壤更加缺水；(3)氣溫回升，進(jìn)入農(nóng)作物返青生長期，作物需水量大；(4)河流較少水量少，灌溉水源不足，加劇春旱[6]。因此選取東北三省作為本文的研究區(qū)域，使用近五年來每年春季的遙感影像圖進(jìn)行監(jiān)測研究，相比人工走訪，具有準(zhǔn)確性高且方便快捷等特點(diǎn)。

本研究采用的MODIS遙感數(shù)據(jù)來源于美國NASA LPDAAC(The Land Processes Distributed Active Archive Center)EOS數(shù)據(jù)中心[7]。選擇的數(shù)據(jù)產(chǎn)品有東北三省的MOD09A1合成產(chǎn)品、MOD11A2合成產(chǎn)品、MOD13A1合成產(chǎn)品，根據(jù)MODIS中國區(qū)域行列號判斷出東北三省為h25v03，h26v03，h26v04，h27v04，h27v05五景數(shù)據(jù)，空間分辨率為500m。數(shù)據(jù)產(chǎn)品的時間范圍都為2014-2018年每年的4月23日至5月8日。

2 研究方法

2.1 遙感影像預(yù)處理

全部遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用MRT、ENVI及ArcGIS等軟件進(jìn)行影像的拼接、裁剪、校正、重采樣(統(tǒng)一空間分辨率為500m)和投影轉(zhuǎn)換(由Sinusoidal投影轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度投影)等預(yù)處理[8]。得到東北三省五年春季的MODIS影像，2014年春季的影像如圖1。

圖1 東北三省MODIS影像圖

2.2 表觀熱慣量法

熱慣量模型是監(jiān)測土壤含水量的一種主要方法。Price通過研究改進(jìn)并簡化了原有的熱慣量模型，提出了表觀熱慣量[9]。簡化后的表觀熱慣量表示為:

式中：A為全波段反照率，TMAX、TMIN為一天中最高、最低溫度的差值[10]。

3 結(jié)果分析

3.1 遙感干旱指數(shù)方法成圖，圖2。

圖2 2014-2018年4月23日-5月8日AVI影像圖

3.2 指數(shù)模型結(jié)果驗證

利用2014-2015年春季的距平植被指數(shù)進(jìn)行結(jié)果的驗證，經(jīng)過分級計算得到旱情監(jiān)測轉(zhuǎn)移矩陣，如表1。

表1 2014-2015年東北三省旱情監(jiān)測轉(zhuǎn)移矩陣

將2014年與2015年的旱情遙感影像做變化監(jiān)測，得到如下結(jié)果：兩年中間級別的干旱程度整體變化不大，前五個級別15年與14年相比呈減少趨勢，后五個級別呈增加趨勢。其中黑龍江省小興安嶺地區(qū)以及吉林省東南部、遼寧省南部2015年的旱情狀況比2014年的明顯降低，而吉林省北部干旱狀況明顯比2014年嚴(yán)重。參照當(dāng)時的氣象數(shù)據(jù)及較高的降水概率可得知原因是：15年4月底至5月初這段時間黑龍江省小興安嶺地區(qū)以及吉林省東南部、遼寧省南部三個地區(qū)降雨次數(shù)頻繁，且降雨量較高，導(dǎo)致變化明顯，而吉林省北部在2015年四月底降雨量很低。得出利用MODIS數(shù)據(jù)監(jiān)測旱情與實際情況較符合。

4 結(jié)論

本文選取2014年至2018年的MODIS數(shù)據(jù)作為背景數(shù)據(jù)，以東北三省地區(qū)作為研究區(qū)域，通過各年春季階段的遙感干旱指數(shù)模型距平植被指數(shù)AVI進(jìn)行旱情遙感監(jiān)測，分析該指數(shù)模型在實際監(jiān)測過程中的可行性和有效性，并分析東北三省地區(qū)典型干旱年作物主要生長季的干旱情況。

結(jié)果表明AVI的監(jiān)測效果高于預(yù)期，可以在一定程度上反映出干旱發(fā)展趨勢，并能夠有效反映不同時期作物的相對受旱狀況，較為符合歷史氣象資料?？傮w上該指數(shù)模型在一定程度上可以反映出東北三省的干旱狀況，利用MODIS影像進(jìn)行東北三省大范圍的旱情遙感監(jiān)測處理得到的影像結(jié)果與實際地面監(jiān)測結(jié)果相符合，表明這一手段具有明顯成效。