基于风散射计数据的华北平原土壤水分及灌溉特征分析

发布时间：2017-05-31 06:04

  本文关键词：基于风散射计数据的华北平原土壤水分及灌溉特征分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤水对于我国的旱作农业和植被生长具有十分重要的意义,运用遥感数据对大范围地表土壤水分及干旱、灌溉问题进行监测与分析,不但可以认识土壤水分变化过程,还可以为农业生产和灌溉管理提供参考。本文基于1992-2002、2006-2013年主动微波遥感反演的土壤水分指数(Soil Water Index,SWI)数据,运用地统计分析、空间统计分析等方法,计算并分析了研究区土壤水分状况及其时间变化特征以及空间变化特征,并且与同期气象数据(降水)和农田实测土壤水分数据相结合,对SWI数据进行相关验证及分析。在此基础上,选取典型干旱年,应用空间叠置分析等方法,对灌溉相关信息进行提取分析。得到的研究结果主要如下:(1)华北平原SWI与农田实测土壤水分的相关性随土层深度不同而不同。SWI与表层(0~10cm)农田实测土壤水分呈显著相关(p0.05),随着土层厚度不断增加,二者之间的相关性减弱。华北平原地区多年SWI平均值主要分布在45%~50%;研究区范围内表层(0~100cm)土壤水分分布具有空间异质性,在空间上大体呈现出北多南少的特点。(2)华北平原年均SWI变异系数在空间上大体呈自东南向西北增加的趋势,月均SWI变异系数在空间上大体呈自西南向东北减少的趋势。年均SWI与夏季平均SWI相关性最强,呈极显著正相关。不同年份间春季表层土壤水分相对湿度差异较大,夏季与秋季表层土壤水分相对湿度差异较小。(3)华北平原大部分地区2013年SWI较1992年SWI增加。SWI值在50%~55%范围的地区所占面积比例由20.94%增加至26.61%,SWI值在55%~60%范围内的地区所占面积比例由3.94%增加至17.8%。部分地区(约占研究区总面积的18.58%左右),存在SWI值降低的现象。(4)华北平原东南地区年SWI与年降水的相关系数较高,而西北地区年SWI受降水影响程度较小。北部地区月尺度土壤水分变化受月降水影响较大,而南部大部分地区土壤水分对月降水的变化响应较弱。SWI能够在一定程度上反映降水的变化,但由于华北平原土壤水分在很大程度上还受灌溉影响,因此SWI与降水之间的相关性为中度相关。(5)根据降水年际变化选取典型干旱年,基于小麦用水高峰期3-5月(7-15旬)共9旬的降水和土壤水分空间数据,运用简单差值以及空间叠置分析等方法,对华北平原典型干旱年灌溉持续时间以及灌溉范围进行分析提取,结果表明,研究区内大部分地区均存在不同程度的灌溉;存在灌溉的像元与根据土地利用类型数据提取的耕作管理区像元匹配程度为79.69%,该方法可在一定程度上作为灌溉信息提取的参考。研究区域内可能存在灌溉的地区大体呈南北对称分布,以山东省中部灌溉次数最少,南北两侧灌溉次数多为2-3次,个别地区,灌溉次数达到4-5次,存在持续灌溉。
【关键词】：欧洲遥感卫星 土壤水分指数 华北平原 地统计分析 时空变化特征 灌溉信息
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7;S274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-18
• 1.2.1 遥感监测土壤水分研究进展13-16
• 1.2.2 遥感监测土壤水分方法比较16-17
• 1.2.3 华北平原灌溉研究进展17-18
• 1.3 目标与内容18
• 1.4 主要技术路线18-19
• 第二章 数据与方法19-28
• 2.1 研究区概况19-21
• 2.1.1 地理位置与地形地貌19-20
• 2.1.2 气候与水文特征20
• 2.1.3 土壤与植被类型20-21
• 2.2 数据来源及预处理21-25
• 2.2.1 数字高程数据21
• 2.2.2 土壤水分数据21-23
• 2.2.3 气象数据23-24
• 2.2.4 农田实测土壤水分数据24
• 2.2.5 土地利用数据24-25
• 2.3 研究方法25-28
• 2.3.1 普通克里金插值25
• 2.3.2 空间自相关分析25
• 2.3.3 时间序列分析25
• 2.3.4 土壤水分转移矩阵25-26
• 2.3.5 差值分析26
• 2.3.6 相关分析26-27
• 2.3.7 灌溉特征提取27-28
• 第三章 土壤水分时空变化特征28-46
• 3.1 SWI与农田实测土壤水分相关性28-30
• 3.2 土壤水分空间分布特征30-32
• 3.3 土壤水分时空变化特征32-41
• 3.3.1 年际变化32-37
• 3.3.2 年内变化37-41
• 3.4 突变检测41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 土壤水分与降水关系分析46-56
• 4.1 降水时空变异46-51
• 4.1.1 空间分布特征46-47
• 4.1.2 时空变化特征47-51
• 4.2 土壤水分与降水时空关系分析51-54
• 4.2.1 点尺度相关性分析51-52
• 4.2.2 面尺度相关性分析52-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 灌溉特征56-61
• 5.1 典型年份灌溉信息提取56-60
• 5.1.1 降水反映气象干旱特征56
• 5.1.2 SWI反映农业干旱时空特征56-58
• 5.1.3 灌溉区域和时间分布58-60
• 5.2 本章小结60-61
• 第六章 结论与讨论61-63
• 6.1 主要结论61-62
• 6.2 不足与展望62-63
• 参考文献63-71
• 作者简介71

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