基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，具体为：利用卫星遥感被监测区域的地表温度和植被指数；以先验信息为判定条件，对卫星数据进行预处理；基于预处理后的地表温度和归一化植被指数卫星数据，构建特征空间；由特征空间拟合出特征空间干湿边；由特征空间干湿边得到干湿边截距、干湿边斜率等各参数；由各特征空间参数和地表温度和归一化植被指数卫星数据，得到温度植被干旱指数；由温度植被干旱指数，得到地表土壤含水量，最终进行干旱监测。本发明解决了以往特征空间法干湿边不稳定，过度放大变量差异，甚至出现所得参数的数值超出该参数应有物理意义值域的错误现象。
【专利说明】基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星遥感数据干旱反演领域，尤其涉及一种基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法。
【背景技术】
[0002]干旱对人类社会特别是农业生产造成巨大损失。中国各种自然灾害造成的损失中，干旱列为首位。据统计，中国农业自然灾害的近60%是干旱造成的。因此干旱监测的研究，对于了解旱情程度和分布，采取有效的防旱抗旱措施，科学指导农业生产，具有重要意义。
[0003]然而传统的干旱监测方法，主要是根据有限的旱情测量站点测定土壤水分含量来进行旱情监测。采样速度慢，范围有限而且花费大量的人力物力，难以满足当前实时、干旱监测的需求。随着遥感技术的迅速发展，卫星遥感快速获取大面积地表信息的方式使实时或准实时大范围干旱监测成为可能。
[0004]地表温度是控制地表大多数物理、化学和生物过程的参数之一。对裸土来说，它是指土壤表面温度；对植被覆盖的地表而言，可认为是植物冠层的表面温度。植物冠层温度升高是植物受到水分胁迫和发生干旱的初始指示器，基于此机理，地表温度可用于土壤干旱程度的监测。许多学者在研究地表温度与植被指数的空间分布规律发现，在一定的空间区域范围内，地表温度和植被指数散点分布空间往往形成三角形或者梯形的形状。而这一形状分布特征恰恰反映了地表温度随着地表植被覆盖和地表土壤水分等因素的变化特征，即整体上讲，地表温度随着植被指数的升高而呈现降低的趋势，而在相同植被覆盖条件下(即植被指数相同)，地表温度的变化则主要由地表土壤水分状况来决定。
[0005]作为一种简单有效的遥感干旱监测方法，基于卫星光谱信息的特征空间法综合了植被指数和地表温度信息，反映了监测区域土壤含水量状况，具有明确的生物物理意义，但在遥感数据干旱监测应用中，经常出现干湿边不稳定，过度放大两个变量差异，甚至出现所得参数的数值超出该参数应有物理意义值域的错误现象。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速确定方法，该方法解决了以往特征空间法干湿边不稳定，过度放大变量差异，甚至出现所得参数的数值超出该参数应有物理意义值域的错误现象。
[0007]为实现上述目的，本发明基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，具体为:
[0008]I)利用卫星遥感被监测区域的地表温度和植被指数；
[0009]2)以先验信息为判定条件，对卫星遥感数据进行预处理；
[0010]3)基于预处理后的地表温度和归一化植被指数卫星数据，构建特征空间；[0011]4)由特征空间拟合出特征空间干湿边；
[0012]5)由特征空间干湿边得到参数:干湿边截距、干湿边斜率；
[0013]6)由各特征空间参数、地表温度和归一化植被指数的卫星遥感数据，得到温度植被干旱指数；
[0014]7)由温度植被干旱指数，得到地表土壤含水量，最终进行干旱监测。
[0015]进一步，所述步骤2)具体为:
[0016]A)获取长时间序列的MODIS L2级500m的地表温度和1000m的植被指数数据，作为原始数据；
[0017]B)对卫星遥感数据进行预处理，以先验信息为判定条件，剔除明显的异常值，避免其代入干湿边的拟合。
[0018]进一步，所述步骤3)中，以预处理后的归一化植被指数卫星数据为横轴，预处理后的地表温度为纵轴，建立特征空间。
[0019]进一步，所述步骤6)具体为:
[0020]A)引入提出的一个特征空间法归一化系数，将该归一化系数设为变量，代入温度
植被干旱指数的计算表达式中计算求值，计算表达式如下:
【权利要求】
1.基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，该方法具体为: 1)利用卫星遥感被监测区域的地表温度和植被指数； 2)以先验信息为判定条件，对卫星遥感数据进行预处理； 3)基于预处理后的地表温度和归一化植被指数卫星数据，构建特征空间； 4)由特征空间拟合出特征空间干湿边； 5)由特征空间干湿边得到参数:干湿边截距、干湿边斜率； 6)由各特征空间参数、地表温度和归一化植被指数的卫星遥感数据，得到温度植被干旱指数； 7)由温度植被干旱指数，得到地表土壤含水量，最终进行干旱监测。
2.如权利要求1所述的基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，所述步骤2)具体为: A)获取长时间序列的MODISL2级500m的地表温度和1000m的植被指数数据，作为原始数据； B)对卫星遥感数据进行预处理，以先验信息为判定条件，剔除明显的异常值，避免其代入干湿边的拟合。
3.如权利要求1所述的基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，所述步骤3)中，以预处理后的归一化植被指数卫星数据为横轴，预处理后的地表温度为纵轴，建立特征空间。
4.如权利要求1所述的基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，所述步骤6)具体为: A)引入提出的一个特征空间法归一化系数，将该归一化系数设为变量，代入温度植被干旱指数的计算表达式中计算求值，计算表达式如下:
5.如权利要求1所述的基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，所述已知的地表温度和植被指数数据产品为NASA提供的MODIS中国云南省2010-2013年的地表温度和植被指数数据产品。
6.如权利要求1所述的基于地表温度与植被指数特征空间的干旱指数快速监测方法，体特征在于，所述原始数据的 数据格式为HDF。
【文档编号】G01N33/24GK103675234SQ201310676807
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】顾坚斌, 陈良富, 陶金花, 苏林, 范萌, 邹铭敏 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所