基于遥感和气象数据的东北三省水稻灌溉需水量时空变化研究

摘要

粮食安全是国家安全、社会稳定和经济发展的基础，我国作为拥有13.7亿人口的发展中大国，粮食安全问题则摆在更突出、更重要的位置。东北三省是我国的粮食主产区和商品粮基地，粳稻种植面积占全国的46％，产量更达到50％以上，其生产过程也是农业灌溉用水消耗的大户。水资源是“农业生产的命脉”，目前我国农业用水占总用水额的63％左右，但农业用水效率只有50％。在上述背景下，本文利用遥感和气象数据对东北三省水稻的灌溉需水量进行评估，这对确保粮食安全及农业水资源可持续利用具有积极意义。
　　本文首先在东北地区选择了50个具有代表性的水稻试验田，获取了灌水移栽期内植被指数EVI和水体指数LSWI数据，分析两者关系并构建水稻种植面积识别算法;然后介绍了MOD16A2全球蒸散发数据并提取了东北三省蒸散发ET的空间分布;再利用降雨数据并根据美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降雨ER，利用东北三省土壤数据估算田间土壤深层渗漏DP;最后用ET数据逐像元减去ER、DP数据并结合水稻面积掩膜得到水稻净灌溉需水量，考虑渠系输水损失得到总灌溉需水量。
　　本文主要成果和创新点:(1)东北三省水稻种植主要分布在黑龙江省，吉林与辽宁两省相对较少，面积提取的整体误差在5％以内。(2)东北三省蒸散发从空间分布上看，由西至东递增，呈现有规律的环状分布。ET集中在220～450mm间，五年均值为329.23mm。(3)根据美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降雨，有效降雨区间大致在150～800mm间，空间上从东南向西北递减。(4)本文对东北三省土壤数据分类，并结合水稻渗漏量资料以及土壤地质情况，对土壤渗漏量合理赋值:粘土2.30mm/day，壤土2.80mm/day，砂土3.40mm/day。(5)引入灌溉需求指数IDI来反映生育期内水稻对灌溉的依赖程度，东北大部分地区IDI值在0.4以上，表明东北地区对灌溉用水需求较高，东北三省总灌溉需水量均值大约在500～600mm之间。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 遥感监测水稻种植面积研究进展

1．2．2 遥感蒸散发模型研究进展

1．2．3 水稻灌溉需水量研究进展

1．3 研究内容

2 东北三省概况和数据预处理

2．1 东北三省概况

2．2 东北三省水稻种植信息

2．3 遥感数据预处理

2．3．1 遥感数据的选取

2．3．2 图像拼接和投影转换

2．3．3 掩膜处理

3 基于MODIS数据的水稻种植面积提取

3．1．1 MOD09A1数据

3．1．2 SRTM数据

3．2 水稻种植面积识别算法

3．2．1 选择光谱指数

3．2．2 时间序列植被指数去噪处理

3．2．2 水稻种植面积识别算法原理

3．3 水稻种植面积提取结果

3．3．1 水稻种植面积空间分布

3．3．2 提取精度和误差分析

4 基于MODIS数据的蒸散发提取

4．1 数据支持

4．2 MOD16A2算法原理

4．2．1 冠层蒸腾的计算

4．2．2 冠层蒸发的计算

4．2．3 土壤蒸发的计算

4．3 东北三省蒸散发空间分布

5 东北三省水稻灌溉需水量的计算

5．1 有效降雨

5．1．1 数据支持

5．1．2 有效降雨的计算

5．2 土壤深层渗漏

5．2．1 数据支持

5．2．2 土壤深层渗漏的估算

5．3 灌溉需水量

5．3．1 净灌溉需水量的计算

5．3．2 总灌溉需水量的计算

6 结论与展望

6．2 研究创新点

6．3 研究展望

参考文献

作者简历