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渍害田是指地下水位和土壤含水量季节性或长期过高、土壤氧气不足、还原性有毒物质积累、土体温度偏低而影响作物正常生长发育,使其产量偏低的中低产田。渍害田在长江中下游地区分布广泛,严重影响农业发展。准确掌握渍害田的空间范围及强度有助于科学开展渍害田整治、规划农业生产布局、正确评估灾害损失、高效利用水资源及合理布置区域蓄泄格局。传统渍害田监测方法主要是基于田间实验实现的,测点少、难以反应区域整体状况;而目前相关的遥感监测研究则主要针对短期渍害,缺乏对渍害田这一类因长期受渍而形成的低产田地的监测研究。
本文以长江中游江汉平原为研究区,发展渍害田的遥感监测方法,进行长江中游江汉平原渍害田的监测。鉴于MODIS具有多波段、高时间分辨率、覆盖范围广、较长时间连续观测及产品类型丰富的特点,能反映渍害田遥感特性的时序变化,更利于对其有效监测。本文主要利用MODIS数据,并辅以土壤图、土地覆被数据进行研究。对比分析了正常农田及渍害田反照率、增强型植被指数(EVI)、地表夜温、地表温差和表观热惯量的时相差异。由于MODIS数据空间分辨率较低,江汉平原地区地物类型多样,地块较为破碎,因此单个像元内经常混有多种地物类型。本文探索了亚像元尺度上的渍害田监测方法。采用无常数线性回归模型求解出亚像元尺度上不同地类的反照率、EVI、地表夜温、地表温差和表观热惯量数值的月变化序列;在此基础上利用约束条件下的线性光谱混合模型计算出像元内渍害田所占面积,实现江汉平原渍害田的监测。
主要结论如下:
(1)渍害田反照率、EVI、地表温差的月、季均值大部分都比正常田低;而地表夜温、表观热惯量的月、季均值大部分都比正常田高。渍害田反照率、EVI、地表温差每个年份的均值都比正常田低。地表夜温、表观热惯量所有年份的均值都比正常田高。
(2)在已知样本区像元反照率、EVI、地表夜温、地表温差、热惯量数值和像元内各种地物类型所占面积比例的基础上,采用无常数线性回归模型可以较好地计算出各种地物类型各指标的数值。
(3)综合对比基于反照率、EVI、地表夜温、地表温差和热惯量时间变化序列及降水等因素的混合像元分解结果,发现利用地表夜温12月份多年平均值效果最好。计算总体面积时的精度为90%;所有像元渍害田实际占该像元总面积的比例和模型估计出的该比例的平均偏差为0.150。
(4)根据本文计算,江汉平原渍害田的总面积为2369km2,占耕地面积的10.9%;其中,仙桃及荆州渍害最为严重,渍害田面积分别为353.29km2和1637.84km2,分别占其耕地面积的20%和19%;潜江和天门渍害最轻,渍害田面积小于18 km2,约占其耕地面积的1%。