基于遙感的干旱監測方法研究進展

郝曉雷

摘要? ? 在全球變暖的氣候背景下，近年來干旱頻發且不斷加劇，給人類的生產生活造成了嚴重的影響。本文基于遙感原理，介紹了歸一化植被指數、溫度狀態指數、標準化降雨指數和標準化降雨蒸散指數等幾種常見的干旱指數，綜述了運用不同干旱指數進行監測的實踐應用。最后，針對目前研究中存在的問題，對今后研究的主要方向作出了展望。

關鍵詞? ? 干旱;遙感;監測方法;干旱指數

中圖分類號? ? S127;S423? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）02-0193-01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract? ? Under the background of global warming，drought frequently occurs and intensifies in recent years，which has a serious impact on human production and life. Based on the principle of remote sensing，this paper introduced several common drought indexes such as normalized vegetation index，temperature condition index，standardized precipitation index and standardized precipitation evapotranspiration index，and summarized the practical application of different drought indexes in monitoring. Finally，in view of the existing problems in the current research，the main research directions in the future were prospected.

Key words? ? drought;remote sensing;monitoring method;drought index

我國作為干旱氣象災害嚴重的國家之一，降水量不能滿足農作物的需求、并且有逐年減少的趨勢，干旱事件頻繁發生，對社會造成了巨大的經濟損失。傳統的干旱監測方法主要是對監測站的單點數據進行采樣，監測速度慢，范圍有限，難以滿足實時、大范圍旱情監測的要求[1]。近年來，由于遙感技術具備覆蓋范圍廣、數據連續強、客觀、及時、經濟等優點，成為干旱監測中最具前景的技術手段，可以彌補地面站監測的不足。同時，隨著航空航天技術和數據通訊技術的發展，干旱監測的遙感衛星數據源越來越豐富。

1? ? 遙感數據源

自1972年第一顆地球資源衛星發射，遙感數據逐漸增多，數據的功能和用途也在不斷完善。目前可用于干旱監測的遙感數據主要有NOAA/AVHRR、MOD13A3、MOD11A2、MERSI、Landsat8等。根據研究的目的、方法及精度的不同，可以選擇不同的遙感數據[2]。

2? ? 遙感干旱監測方法

2.1? ? 干旱指數

目前，國內外對干旱遙感監測做了大量的研究，相關學者已經研究了一系列的干旱遙感監測指數，如歸一化植被指數（NDVI）、植被狀態指數（VCI）、溫度狀態指數（TCI）以及溫度植被干旱指數（TVDI）等[1]，對于干旱的監測方法應用最廣泛的主要有帕爾默干旱指數（PDSI）、標準化降雨指數（SPI）和標準化降雨蒸散指數（SPEI）[3]。提取諸多算法，如植被參數信息分析、微波遙感法和土壤熱慣量分析等。

2.2? ? 研究方法相關應用

季建萬等[4]利用Landsat8遙感影像數據，對山東半島東北部地區進行干旱遙感監測，得出研究區干旱等級逐漸增加，干旱不斷加強的結論。劉玉琴等[5]分別運用不同植被指數（EVI和NDVI指數）構建地表溫度-植被干旱指數（TVDI），對福州地區土壤干濕狀況進行遙感監測，結果表明前者監測精度更高。王? 嬌等[6]利用經過DEM校正后的地表溫度構建改進型地表溫度-植被干旱指數，監測結果較好。曹? 影等[7]在TVDI指數的基礎上對云南地區干旱情況進行了監測，結果表明，干旱分布區域與實際情況基本吻合，是一種有效的土壤監測方法。孫嵩松等[8]利用多源遙感數據歸一化植被指數NDVI和熱帶降雨測量衛星TRMM結合構建了基于旬尺度的MNDVI干旱監測模型，并以吉林省農作物生長季為例進行驗證。溫國濤等[1]利用MODIS歸一化植被指數（NDVI）產品MODLT1M和MODIS地表溫度產品MODND1M，計算2004—2014年陜西省月溫度植被干旱指數（TVDI），基于TVDI研究陜西省11年來干旱的空間分布特征、時間變化特征及干旱演變趨勢，并結合氣象數據進一步探究引起干旱變化的氣象因素。許多學者也采用SPEI研究了中國區域及東北地區近幾十年來干旱時空變化特征，結果證明SPEI在該地區有較好的適用性[3]。陳少丹等[3]利用標準化降水蒸散指數SPEI和溫度植被干旱指數TVDI，分析了河南省不同時間尺度干旱發生的時空變化特征和強度，和河南省區域面積上的干旱空間變化。

3? ? 遙感干旱監測特點

基于遙感技術建立的干旱指數具有大范圍空間數據的連續性，相關數據遍布地面臺站稀疏或不存在的區域;數據采集的重訪率較高，能夠回顧分析研究歷史數據，進行歷史干旱的分析與建模。數據獲得所需成本小，還能免費獲取大多數中等分辨率的遙感影像[9]。

4? ? 展望

前人多使用國外衛星數據進行研究，國產遙感數據研究較少;在算法方面多針對單個衛星數據特點設置干旱監測算法，算法可移植性較差。遙感技術監測區域干旱數據易獲取、區域廣、時空連續性強、可視化強，能夠彌補地面臺站稀疏或不存在等問題。未來遙感干旱指數發展趨勢為較易獲取數據并能呈現出各種格式，能定期發布區域干旱狀況的業務化數據產品;能精確計算各時間段內各區域相對歷史數據的干旱的異常程度;能區分輕旱、中旱和重旱。如能用GIS對數據進行可視化分析，能夠對遙感干旱指數計算結果進行精度評估。

5? ? 結語

利用遙感數據的特點和優勢，在有效范圍內進行信息獲取，對我國各地區干旱情況進行迅速分析，能夠提高氣象服務科技含量，為氣象防災減災提供重要依據，對于降低干旱對農業生產造成的損失、農業經濟發展等具有重要的現實意義。

6? ? 參考文獻

[1] 溫國濤，白建軍，孫嵩松.基于時間序列遙感數據的陜西省2004—2014年干旱變化特征分析[J].干旱地區農業研究，2018，36（1）：221-229.

[2] 李娜.基于遙感的植被物候學方法研究[J].安徽農業科學，2015，43（5）：318-319.

[3] 陳少丹，張利平，湯柔馨，等.基于SPEI和TVDI的河南省干旱時空變化分析[J].農業工程學報，2017，33（24）：126-132.

[4] 季建萬，沙晉明，金彪.山東半島東北部地區干旱遙感監測[J].災害學，2018，33（2）：206-211.

[5] 劉玉琴，沙晉明，王德生.基于TVDI的福州地區土壤干濕狀況遙感監測[J].亞熱帶資源與環境學報，2013，8（4）：75-80.

[6] 王嬌，丁建麗，袁澤.基于Ts-NDVI特征空間的綠洲土壤水分監測算法改進[J].中國沙漠，2016，36（6）：1606-1612.

[7] 曹影，胡文慶，顏培東.基于溫度植被干旱指數（TVDI）的云南干旱遙感監測[J].工程勘察，2016，44（1）：69-73.

[8] 孫嵩松，王喜民.基于多源遙感數據的干旱監測研究[J].山東農業科學，2019，51（2）：150-157.

[9] 孫杰，林宗堅，崔紅霞.無人機低空遙感監測系統[J].遙感信息，2003（1）：48.