基于Vi-LST特征空间反演土壤湿度的应用研究

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土壤湿度是表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量,又称土壤水分含量,是衡量农业干旱的重要指标。在全球气候变暖的背景下,干旱灾害发生频率、持续时间及强度呈显著增加趋势。  本文结合自动站数据的高时间分辨率优势和卫星数据的高空间分辨率优势,利用MODIS地表辐射率产品计算3种植被指数,与经谱方法质量控制后的地面土壤自动站观测数据作对比,比较3种植被指数在不同地表覆盖类型下的相关性,并在此基础上使用温度植被干旱指数法,与MODIS地表温度产品构建植被指数-地表温度特征空间,进一步分析3种植被指数特征空间在云南省的适用性。结果表明,NDVI构建的VI-LST特征空间对土壤湿度的反演在云南省具有较好的效果。  使用谱方法对云南省37个土壤湿度自动观测站点进行质量控制发现,除个别站点外土壤湿度资料的质量普遍较好,异常平稳值占了绝大比例,而异常峰值均较少。  在比较土壤湿度与植被指数时,林地、草地和农作物用地的站点EVI与土壤湿度相关性最高且在各站点的相关性较稳定,湿地的站点MSAVI和NDVI与土壤湿度均有较高的相关系数,而城市和建筑用地的站点NDVI与土壤湿度的回归拟合效果最好。3种植被指数与地表温度构建特征空间的效果各有高低,除个别月份外NDVI-LST在全年范围内的拟合效果均较好;MSAVI-LST的拟合效果有季节性差异,冬春两季的拟合较好,夏秋较差;EVI-LST的拟合性能有待提高。在反演土壤湿度时,考虑结合MSAVI-LST与NDVI-LST两者互补来进行反演。  不同土质各层土壤湿度对不同降雨量降水的响应有所不同,砂质土对降水的响应较快,变化也较为明显,随雨量增大土壤湿度增幅也变大。壤土土壤湿度在雨后数小时内持续增大,较深层的土壤湿度变化较小。砂质土站点的土壤湿度全年维持在较低水平,雨季土壤湿度的上升趋势明显;壤土和黏土站点的土壤湿度均较高,黏土站点的土壤湿度有明显的季节差异。云南省土壤湿度总体呈现北高南低的特点,与其地形及水资源分布特点有关;夏季的土壤湿度为全年最低,秋冬季高于春季,这种时间变化特征与2012年云南省严重干旱的发生时间基本相符。
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