基于Landsat和MODIS数据时空融合的通榆县干旱监测研究

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干旱是气候变化研究领域的前沿问题。近几十年来,在气候变暖和高强度人类活动的影响下,干旱频繁发生,影响范围不断扩大,已成为全球最为严峻的灾害问题之一。卫星遥感技术是全球和区域尺度干旱监测的有效手段。然而,由于受云污染、卫星重访周期、传感器设计限制等因素影响,单一卫星传感器目前难以同时获取高时空分辨率数据,无法满足大范围、实时、高精度干旱监测的实际需求。基于时空融合方法对多源遥感影像进行融合,获得高时空分辨率数据,为在精细尺度上揭示区域干旱时空变化特征提供了可能。通榆县位于吉林省西部地区,是重要的商品粮基地,但该地每年都会遭受干旱的困扰,是吉林省乃至东北地区的重旱区之一。对通榆县干旱进行实时准确地反演和动态监测,不仅对农业生产保障、生态环境保护具有重要意义,而且可为制定区域干旱灾害风险防控战略规划提供科学依据。本研究基于通榆县2012-2021年5-9月的Landsat-7/8 ETM+/OLI和MODIS遥感影像,经计算和反演生成逐16天高空间分辨率和逐8天低空间分辨率的归一化植被指数(NDVI)与地表温度(LST)影像数据,利用灵活的时空数据融合模型(FSDAF)分别对NDVI和LST进行融合,得到了逐8天的高空间分辨率NDVI和LST影像,构建NDVI-LST特征空间,反演生成2012-2021年5-9月逐8天的温度植被干旱指数(TVDI)数据,对其进行干旱等级的划分,定量分析了通榆县近10年生长季旱情的时空变化特征。研究结果表明:(1)对FSDAF模型融合生成的逐8天NDVI和LST数据,利用对应时间Landsat-7NDVI和LST数据为真实值进行精度分析,结果表明二者拟合效果较好,相关性较高。(2)利用2017-2019年0-10cm的土壤相对湿度数据对反演得到的TVDI数据进行线性拟合可知,两者间的R~2较高,拟合效果较好,因此可用TVDI研究干旱的变化情况。(3)通榆县近10年生长季的旱情持续时间长、发生范围广,干旱等级以中等水平为主。其中,2013年生长季的旱情最严重,重旱区面积最大,占全县面积的25.88%,2019年次之,相比之下,旱情最轻的是2021年。(4)2012-2021年期间,不同年份逐8天旱情的波动变化明显。大多数年份中,5月份的旱情最严重。这是因为通榆县5月份降水稀少,透雨晚,加之春季回暖快、大风等天气因素会造成土壤迅速失墒,极易出现春旱灾害;6月份和8月份旱情较严重,则是因为夏季气温高降水少,导致出现伏旱,这对农作物的长势和产量有直接影响。(5)对2012-2021年生长季的年均TVDI数据进行Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验,得出通榆县68%的区域TVDI值减小,干旱程度呈减弱趋势,东北、西北和西南部分区域TVDI增加,干旱程度趋于加重,且70%的区域TVDI变化不显著,西部部分地区TVDI变化为较显著和强显著,呈显著变化的区域零散遍布整个县域的结论。
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