河北平原区土壤湿度的遥感反演及其与土地利用关系研究

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1、河北师范大学硕士学位论文河北平原区土壤湿度的遥感反演及其与土地利用关系研究姓名：许玉兰申请学位级别：硕士专业：自然地理学指导教师：王卫20100320摘要土壤湿度在陆面和大气交互作用中起着重要作用。大范围的土壤湿度监测是农业过程研究和环境因子评价的重要组成部分。土壤湿度是作物生长、发育的直接水分来源，对农作物的生长起着关键作用。因此，进行大规模的土壤湿度监测，对合理安排农业生产有着重要意义。传统的获取土壤湿度方法——重量水分法、土壤湿度计法、蒸渗法、电阻法和中子仪测定法等，虽然具有测定土层多、深度大

2、、精度高、可以忽略大气、植被的影响等优点，但其样地代表范围有限，数据实时性较差，动态性很难保证，人力财力消耗大。与传统的土壤水分监测方法相比，飞速发展的遥感技术手段监测土壤水分具有许多不可替代的优势，可以快速、长时期、动态、大区域监测以及具有良好的时空分辨率。河北平原是河北省主要的粮、棉产区之一，粮食播种面积约占全部作物播种面积的80%以上。河北平原属于暖温带半干旱半湿润季风气候区，受季风气候影响，降水和河川径流时空分布极不均匀，70-80%的降水和径流集中在6-8月份。丰水年和枯水年相差悬殊，形成

3、春旱、秋涝的自然特点。并且，河北平原对水资源的利用大大超过了水资源的承载力，使水资源异常缺乏。因此，有必要对河北平原进行大规模的土壤湿度监测，指导农业生产、合理安排灌溉。表观热惯量和植被供水指数模型是目前国内业务化监测土壤湿度的两种主要方法。热惯量方法需要很多物理参数，但是简化的表观热惯量方法，由于参数简单，易获取，操作简便，对于裸土及低植被覆盖区，能获得较好的反演效果，尤其在干旱区的土壤湿度监测中被广泛应用。但是该方法也存在一定缺陷，在高植被覆盖区，由于植被影响不能很好地获得土壤的地表温度，使热惯

4、量方法的应用受到一定的限制。植被供水指数法是基于植被指数监测土壤湿度的方法之一，主要应用于高植被覆盖地区的土壤湿度监测。本研究主要基于这两种方法，采用NDVI分区的方法，将每一旬中NDVI≥0.3的区域，用植被供水指数模型；NDVI＜0.3的区域采用表观热惯量模型进行反演。避免了人工划分模型使用范围的主观性，能够充分发挥两种模型的最大优势，得到较为合理的土壤湿度反演结果。本文应用空间分辨率为1000m的MODIS1B数据和实测土壤湿度数据；在ENVI4.6技术平台支撑下，利用交互式IDL语言编程统一

5、预处理遥感影像，获得各种地表参数，III代入表观热惯量模型和植被供水指数模型，获得23旬的土壤湿度反演数据。并重点分析了土壤湿度和土地利用类型的关系，应用典型样区分析方法，分别比较了各样区内水浇地和旱地的土壤湿度的旬均值变化趋势。从比较中发现，在不考虑自然因素的情况下，灌溉是影响不同土地利用类型的土壤湿度的主要人为因素。本文创新点：1、采用逐旬建立回归方程的方法反演土壤湿度。2、分析了河北平原区土壤湿度和土地利用类型的相关关系。3、提高了灌溉对平原区土壤湿度影响的时间分辨率。关键词：MODIS土壤湿

6、度土地利用类型河北平原IVAbstractSoilmoisture(SM)playsanimportantroleinlandsurfaceandatmosphericinteractions.Awide-rangemonitoringofsoilmoistureisthemaincomponentofagriculturalprocessresearchandevaluationofenvironmentalfactors;andsoilmoistureisthedirectwatersource

7、duringtheprocessofcropgrowthanddevelopment,whichplaysakeyroleinthegrowthofcrops.Consequently,large-scalemonitoringofsoilmoisturemaybehelpfultothereasonablearrangementsforagriculturalproduce.Traditionalmethodsofobtainingsoilmoisture,suchasthegravimetrym

8、ethod,soilhygrometermethod,lysimetermethod,resistivitymethodandneutroninstrumentmeasuringmethodhavetheadvantagesofmulti-soil-layerdetermination,largedepthandhighprecision,andcanignoretheimpactofatmosphereandvegetation,however,theyarelim