黑河中游是甘肃省,也是我国西北最重要的商品粮和瓜果蔬菜基地之一,其中游绿洲区集中了全流域90%以上的耕地和人口。该区域农业需水量较大,主要以黑河地表水灌溉。农业灌溉对黑河地表水的消耗量巨大,造成了黑河中游地表水的过度利用。水资源短缺引起了黑河中游绿洲区生态环境的恶化,对黑河绿洲及农业的发展造成了巨大的隐患,同时也对黑河中游绿洲区的生态环境变化对整个黑河流域乃至我国西北地区的生态环境、经济的发展都有着十分深远的影响。因此,对黑河中游绿洲区绿洲及其土地利用乃至作物播种面积的时空变化特征分析有着十分重要的意义,可以为该地区的农业种植结构调整、水资源保护以及生态环境问题的改善提供有力的支持。为了对黑河绿洲进行长时间序列上的研究,本文首先通过AVHRR/NOAA和MODIS卫星数据对1982-2015年黑河中游绿洲区绿洲范围进行了提取并通过公式计算出了绿洲面积。其次针对绿洲内土地利用情况,采用Landsat卫星数据对2001、2006、2011、2016年黑河中游绿洲区进行监督分类,最后为了分析绿洲内作物种植面积的变化,将HJ1A卫星数据计算的NDVI值进行Hants滤波,结合当地观测站提供的主要作物的物候资料,得到平滑过的主要作物NDVI时序曲线图,进而通过CART(Classification and Regression Tree)算法提取2011-2016年黑河中游绿洲区的主要作物分布情况,并探讨了通过NDVI转换的方法将Landsat卫星数据融入Hants滤波的可行性。对所有结果进行精度验证后得出以下结论:(1)本研究在黑河中游绿洲区提取的绿洲范围与野外实地调查结果一致,范围提取精度较高。改进后的绿洲规模计算公式在AVHRR/NOAA和MODIS数据中准确性均有较大幅度的提高,本文将研究区1986年、1995年、2000年和2011年遥测的绿洲面积与统计年鉴中绿洲面积进行了相关性分析,相关系数为0.83(置信水平达95%),表明此公式计算出的绿洲面积精度非常好。土地利用分类方法经过验证,总体分类精度都大于88.46%,kappa系数均大于0.82,总体来看分类结果较好。同时分别对HJ1A和Landsat数据提取的2011年、2016年黑河中游绿洲区的作物的分类面积与23个实地观测数据及64个涡动相关仪、自动气象站和大孔径闪烁仪的下垫面进行了对比验证,分析结果显示基于遥感图像的分类面积与实地观测数据一致性较好,精度不低于85.06%。本文用HJ1A和Landsat卫星数据得出的作物分类结果与统计数据相比较,发现虽然各市县占比略有差异,但在在整体上的分布比例较好。总体来看,此方法在黑河中游绿洲区的分类精度较高,同时表明可以通过将Landsat数据的NDVI进行转换后再分类黑河中游绿洲区主要农作物的方法是可行的。(2)从绿洲规模的变化情况来看,当NDVI取值为0.23的时候,绿洲边界较为合理,范围精度较高。从1982年到2015年间,黑河中游绿洲区主体绿洲规模大体上是不断增加的,总面积增加了约718km~2,其变化规律大体上为前期变化较大,增加和减少的幅度都很大,2000年后进入平稳上升期,2013年以后略有下降。(3)从土地利用分类角度来看,农田、水体、城镇用地和裸土地的分类与实际情况基本相符,小块地类也得到了较好的区分。农田主要集中在黑河中游沿线的绿洲区和张掖市西南部,草地和林地由于所占比例不大,所以合并统计成林草地,其多集中于山区和山前冲积扇以及田间耕地旁。水体主要集中在黑河中游河段、水库坑塘以及研究区内的湿地沼泽。2001年到2016年间,耕地面积增加了127.4km~2;林地、草地大约增加了53.6 km~2;水体由于历年降水量变化和遥感数据选取的具体时间不同,显示出了波动的特征,但总体上来看,四年的平均面积为71.75 km~2,波动并不明显;城镇建筑用地由于人口的不断增加,面积增加了67.4 km~2;未利用地(裸地)面积减少了236.7km~2。总体来看黑河中游绿洲较为稳定。(4)2001-2016年间,小麦和玉米的播种面积均有所下降,其中小麦播种面积下降了27.1km~2,玉米播种面积下降了30.4km~2;蔬菜、林果播种面积有较大幅度的上升,其中蔬菜播种面积增加了103.6km~2,林果面积增加了65.1km~2。根据主要作物的总体时空分布来看,玉米是该区域最主要的粮食作物,在甘州、临泽和高台三区县均有较大规模分布,占总耕地面积的52—60%,占比最高;从比例关系来看,甘州区>临泽>高台。小麦分布较为平均,但占比较小,仅占总耕地面积的10%左右。蔬菜和林果的播种面积占比目前均高于15%。(5)本文基于Landsat-TM卫星数据和HJ1A卫星数据为基础,对两种卫星的NDVI进行了拟合分析,结果表明,Landsat-TM数据和HJ1A卫星数据的NDVI之间存在线性关系,线性公式为:y=1.0028x+0.0454。采用此方法后,HJ1A卫星数据的NDVI时序曲线可以使用转换后的Landsat5/TM卫星数据的NDVI。这种方法为延长研究的时间提供了一定的理论和实践基础。