不同植被指数与地表温度组合反演土壤湿度的研究

摘要

土壤湿度是水文、气象、农业等领域的重要基础信息。区域性的陆地土壤湿度变化信息对于陆-气交互作用研究和陆面水文研究都是十分关键的因素。本文利用MODIS地表温度产品和植被指数产品，结合山西省109个气象站同时段的实测土壤湿度资料，研究分析了地表温度、植被指数与土壤湿度三者之间的相关关系。在此研究基础上，利用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)与地表温度构建地表温度/植被指数特征空间，反演了山西省全境的土壤湿度，并对三种不同特征空间的反演结果进行了分析对比。主要结果如下：
　　 (1)不同地表温度下，植被指数与土壤湿度之间存在着正相关关系，且随着地表温度的增高相关关系变小；不同植被指数下，地表温度与土壤湿度存在负相关关系，其中当0.2≤NDVI≤0.6时，地表温度与土壤湿度之间存在着显著的负相关关系，而当NDVI值过大或过小时(NDVI＜0.2或NDVI＞0.6)，相关关系变得不再显著。
　　 (2)对比分析归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、比值植被指数(RVI)时可得：在低植被覆盖区域，EVI比NDVI和RVI增长快，较RVI要敏感，而在高植被覆盖区域，RVI比NDVI和EVI增长快，敏感性高。EVI是在NDVI基础上发展而来的，对土壤和大气的影响做了一定纠正，因此，EVI改善了NDVI在低植被覆盖区植被指数被夸大的现象。
　　 (3)基于Ts/RVI特征空间、Ts/NDVI特征空间和Ts/EVI特征空间反演的土壤湿度平均值相对于实测平均值的偏差范围在2％-12％；平均相对误差分别为20.87％、22.44％和19.03％。其中，Ts/RVI特征空间更适用于高植被覆盖区域反演土壤湿度，而Ts/EVI特征空间更适用于中低植被覆盖区域反演土壤湿度。

目录

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.3土壤水分遥感反演方法介绍

1.3.1基于可见光-近红外土壤水分光谱法

1.3.2基于热红外遥感的温度法

1.3.3基于可见光-近红外-热红外遥感的植被指数法

1.3.4基于可见光和热红外遥感的植被指数、冠层温度集成空间法

1.3.5微波遥感土壤湿度法

1.3.6各种方法对比分析研究

1.4研究内容与技术路线

第二章研究区域概况及数据处理

2.1研究区概况(山西)

2.1.1气候

2.1.2地貌

2.2遥感数据和实测数据

2.2.1遥感数据的获取

2.2.2土壤湿度实测数据的获取

2.3数据处理

第三章植被指数、地表温度与土壤湿度关系研究

3.1植被指数、地表温度与土壤湿度之间关系

3.1.1植被指数与土壤湿度的关系

3.1.2地表温度与土壤湿度的关系

3.1.3植被指数与地表温度的关系

3.2土壤湿度与地表温度/植被指数斜率的关系

3.3小结

第四章比值植被指数、归一化植被指数和增强植被指数变化分析

4.1三种植被指数的介绍

4.2植被指数的时空分布规律

4.3植被盖度与植被指数关系

4.4 RVI、NDVI和EVI三种植被指数变化分析

4.4小结

第五章基于不同植被指数的温度植被干旱指数法反演土壤湿度

5.1研究方法

5.2特征空间干湿边确定

5.3在特征空间中反演土壤湿度

5.3.1基于Ts/RVI特征空间反演土壤湿度

5.3.2基于Ts/NDVI特征空间反演土壤湿度

5.3.3基于Ts/EVI特征空间反演土壤湿度

5.4基于Ts/RVI、Ts/NDVI和Ts/EVI反演土壤湿度比较

5.5小结

第六章研究结论与展望

6.1主要结论

6.2研究特色与创新

6.3不足与展望

参考文献

致谢