基于MODIS数据和气象数据的邢台地区夏玉米旱情监测研究

发布时间：2017-07-05 20:05

  本文关键词：基于MODIS数据和气象数据的邢台地区夏玉米旱情监测研究

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【摘要】：华北地区作为我国北方旱情严重区,干旱化趋势愈来愈明显,邢台地区位于华北地区中部,干旱水资源短缺十分严重。干旱发生的频率、影响范围、持续时间以及危害程度在各类自然灾害中居首位。在夏玉米生育期内,邢台地区降水量较多,但由于降水的时间和空间分布不均,并不能满足夏玉米各个生长阶段需谁要求,导致夏玉米在其生长期内出现旱情,因此依然需要灌溉来保障高产。对夏玉米生育期内的旱情进行监测分为气象监测和遥感监测两种,两种不同方法对旱情监测存在一定的差别,但总体上看基本一致。气象监测是基于站点数据进行统计分析,对农作物的旱情反应缺少全面性；遥感监测是基于面上监测,能从整体上反映作物旱情的变化情况。植被指数和地表温度两个参数可以通过植被对干旱胁迫环境的反应揭示土壤的水分信息,由于两者单独使用时均存在局限性,因此需要将两者结合起来,植被地表温度指数不仅可以指示植被受旱时的水热胁迫环境,同时揭示了植被在这种胁迫环境下表现出的症状,可有效提高干旱监测的精度和效率。本文对国内外干旱监测进行了系统分析,寻求适合邢台地区作物干旱监测方法。如何应对干旱已经成为邢台地区可持续发展亟待解决的关键问题之一,为了有效综合应对干旱问题,本文从旱情的动态变化过程、影响因子、应对措施三个方面探讨。内容与过程如下：(1)由MODIS遥感影像经过处理、计算后得到地表温度、植被指数数据,用ENVI软件对地表温度、植被指数数据分别进行处理,计算出TVDI值,对邢台地区夏玉米旱情进行遥感动态监测：对降水量和夏玉米需水量进行计算,得出各个生育期不同年份降水满足率,进行气象干旱监测。(2)模型的验证性评价包括两个方面：一、利用SPSS软件分别对TVDI与LST和NDVI之间的相关性进行分析。结果显示,TVDI与LST呈正相关关系且相关性较强,而与NDVI呈负相关关系,但相关性较弱,说明地表温度相比植被指数能更好的表示旱情发生的变化。二、TVDI与20cm表层土壤湿度的相关性分析。利用SPSS软件对2005-2010年夏玉米播种拔节期的TVDI值与20cm土壤湿度进行相关性分析,结果显示,TVDI与20cm土壤湿度均呈负相关关系且相关性较强,表明用TVDI指数对邢台地区夏玉米旱情监测有一定的合理性。(3)同一生育期不同区域旱情变化：从旱情等级分布图中可以看出,播种拔节期,2005-2009年西部丘陵区和东部平原区旱情以重旱为主,2010年东部平原区旱情较轻；拔节抽穗期,2005年、2007年、2008年、2009年西部丘陵区北部旱情严重,2006年西部丘陵区南部和东侧旱情严重,2010年中部平原区旱情较重；抽穗灌浆期2005-2008年西部丘陵区旱情较为严重,其余地区多以轻旱和中旱为主,2009-2010年东部平原区旱情较轻,以正常为主。灌浆成熟期,2005年、2010年西部丘陵区旱情严重,2006年、2009年大部分地区以重旱为主,2007年、2008年西部丘陵区和东部平原区旱情严重。(4)从气象干旱监测图中可知,播种拔节期,2005年、2007年、2009年、2010年东部平原区临西、清河、南宫降水满足率高,其余各县较低,2006年、2008年中部平原区巨鹿、平乡等县降水满足率较高,其余各县均较低。拔节抽穗期,2006年、2008年、2009年降水基本能满足需水要求；2005年、2010年东部平原区临西、清河等地降水满足率高,2006年、2007年、2008年、2009年西部丘陵区沙河、中东部平原区临西、巨鹿、任县等县降水满足率高,其余各县较低。抽穗灌浆期,2005-2010年降水量均不能满足夏玉米生育期需水要求；灌浆成熟期和抽穗灌浆期,降水满足率区域变化大体一致,但满足率的高低有所不一,只有2009年降水量可以满足夏玉米生育期需水量要求。(5)邢台地区农业旱情影响因子主要包括气候、下垫面和灌溉因子三大方面。其中气候因子主要包括降水和气温,下垫面因子主要包括土壤和地形地貌。(6)夏玉米产量高低与旱情分布等级呈负相关关系,旱情等级低的地区夏玉米产量高,旱情等级高的地区夏玉米产量低。对比旱情等级图和夏玉米产量图可以清晰的知道,内丘、威县、沙河等地旱情在不同年份各个生育期内相对较为重,夏玉米产量相对较低,表明旱情等级分布图在一定程度上与夏玉米产量基本吻合。(7)针对邢台地区夏玉米不同生育期提出不同的应对旱灾措施：水资源优化配置、引进先进的灌溉技术、根据天气变化适时调整播种时间、提高自然降水的有效利用率,引进抗旱性较强的新品种等。
【关键词】：邢台地区 夏玉米 TVDI 降水满足率 旱情动态监测
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513;S423
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 引言12-17
• 1.1 研究背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外干旱监测研究进展13-15
• 1.2.1 遥感干旱监测研究进展14
• 1.2.2 气象干旱监测研究进展14-15
• 1.3 研究方法、路线15-17
• 2 研究区概况17-23
• 2.1 自然条件概况17-20
• 2.1.1 地理位置17
• 2.1.2 地形地貌17-18
• 2.1.3 气候18-19
• 2.1.4 水资源19
• 2.1.5 土地资源19-20
• 2.2 社会经济概况20-21
• 2.2.1 行政区划20-21
• 2.2.2 人口和经济21
• 2.3 邢台地区农业旱灾概况21
• 2.4 数据来源21-23
• 2.4.1 MODIS数据介绍21-22
• 2.4.2 植被指数数据22
• 2.4.3 地表温度数据22
• 2.4.4 土壤湿度实测数据和气象数据22
• 2.4.5 社会经济数据22-23
• 3 温度植被干旱指数(TVDI)模型的建立23-33
• 3.1 原理与方法23-24
• 3.2 植被指数和地表温度数据的处理24-25
• 3.2.1 植被温度数据的处理24-25
• 3.2.2 地表温度数据的处理25
• 3.2.3 气象数据处理25
• 3.3 Ts-NDVI特征空间的建立25-29
• 3.4 干湿边方程的提取29-31
• 3.5 模型的验证性评价31-33
• 3.5.1 TVDI与LST和NDVI的关系31
• 3.5.2 TVDI与实测土壤湿度性关性分析31-33
• 4 邢台地区夏玉米干旱监测33-47
• 4.1 基于TVDI指数旱情监测33-39
• 4.1.1 研究区旱情等级的划分33
• 4.1.2 旱情动态监测结果33-39
• 4.2 基于气象数据旱情监测39-46
• 4.2.1 降水量表征气象干旱39-46
• 4.2.2 基于降水指数旱情监测46
• 4.3 两种干旱监测差别46-47
• 5 邢台地区干旱与其主要影响因子之间的关系47-52
• 5.1 与气候因子之间的关系47-48
• 5.1.1 降水量影响47-48
• 5.1.2 气温影响48
• 5.2 与下垫面因子之间的关系48-50
• 5.2.1 土壤影响48-50
• 5.2.2 地形地貌影响50
• 5.3 与灌溉之间的关系50-52
• 6 农业旱情对夏玉米产量的影响及其对策分析52-55
• 6.1 对夏玉米产量的影响52-54
• 6.2 对策分析54-55
• 7 结论与讨论55-58
• 7.1 结论55-56
• 7.2 讨论56
• 7.3 创新点56-58
• 参考文献58-63
• 后记63-64
• 攻读学位期间取得的科研成果清单64

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