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      公司新聞

      全球遙感監測土壤水分技術水平

      人氣:248發表時間:2022-02-22

        傳統的干旱監測方法只能得到少量的點上的數據,是基于測墑點采樣數據來監測干旱的程度及范圍,這種方法其中應用最多的是氣象數據、水文數據和社會經濟數據等等(這些數據最多也只能追溯到100多年以前)加以運用各種指數來測定干旱,所用的方法也多是經驗方法或統計方法。
      再者,干旱的成因是很復雜的,影響干旱的因素很多,任何一個因素的改變都可能導致干旱情況的不同,很多時候在一個地方能引起干旱的條件在另外的一個地方可能不會引起干旱,在某個時期能引起干旱的條件在另外的一個時期也不一定會引起干旱,所以干旱指數的使用具有時域專一性和地域專一性。
        傳統的干旱監測方法對大范圍的旱情監測和評估往往缺乏實效性和代表性。遙感監測土壤水分技術通過建立土壤墑情與旱情管理系統可獲取大范圍數據且獲取周期較短,可實現面上的干旱監測,對旱情的監測、評估和預警具有快速、及時、宏觀等特點。
        20世紀60年代末、70年代初,美國就使用土壤水分儀研究了土壤水分對反射率的影響,發現干燥土壤具有較高的反射率,并且土壤水分含量達到吸濕極限之前,反射率幾乎不變,然后隨著水分增多,反射率下降。
        70年代后期,美國逐步開展了土壤水分遙感監測研究,此后許多國家也開始著手這方面的研究工作。80年代后期,遙感監測土壤水分的工作得到了迅速的發展,監測手段多種多樣,監測波段有近、中、遠等熱紅外和微波遙感。
        日本為了研究大區域的土壤水分分布狀況,用N0AA衛星資料,采用熱慣量模式,結合近地層小氣候和地面熱流量觀測,以中國東北部的吉林省為中心進行了區域土壤水分調查,取得了良好的效果;英國、加拿大曾用N0AA-AVHRR資料的可見光和紅外波段獲得植被指數,進行正常氣候條件下農作物產量與干旱條件下農作物產量的比較評估,并在加拿大西部地區旱情監測預報中發揮了作用。
        英國利用衛星SMMR與AVHRR圖像數據比較的方法進行研究,在旱情監測技術上得出了較好的結論,并在撒哈拉地區進行了實驗;同時也采用NOAA-AVHRR的可見光波段反射率SMMR37GHZ的極化差方法進行旱情監測。
        90年代后,隨著遙感技術和地理信息系統的發展,干旱遙感監測也得到了進一步發展,從單一的使用遙感資料到與農作物生長模型相結合,與地理信息系統(GIS)相結合,監測模式也不斷完善。澳大利亞利用地理信息系統將遙感資料、土壤濕度、作物產量、經濟和社會信息等不同類型的數據結合起來,使干旱的評價更加客觀。
        目前國內氣象系統內,只有北方的省份通過傳統的烘干法每旬測定土壤墑情,對比來說浙江省內還沒有開展長期的測定土壤墑情業務。傳統的烘干法由于需要取土樣的原因,對土壤的結構會造成破壞,而且不能夠連續動態測定。利用土壤水分傳感器法來組建地區級土壤墑情網作為業務運行,浙江還沒有相關報道。
        國內對遙感技術用于干旱監測的研究,起步較晚,主要應用N0AA衛星資料進行這方面的研究,發展迅速,成績顯著。根據地面植被覆蓋狀況,從裸土、稀疏植被覆蓋、部分植被覆蓋和有植被覆蓋等方面采用不同的模型進行了研究。對裸土、稀疏植被覆蓋以熱慣量方法為主展開了對地面土壤水分的監測研究,1987年劉興文和馮勇進,利用可見光一近紅外多光譜航空掃描圖像資料求算土壤熱慣量,論證了“真實熱慣量”與地表反射率、日夜溫差之間的非線性關系,并據此編制了土壤水分圖,用于土壤水分狀況的監測和預報。
        1992年,田國良、楊希華等用熱慣量方法建立試驗區土壤表觀熱慣量與土壤水分的關系,再用NOAA-AVHRR數字圖像和氣象數據相結合的方法估算冬小麥地的蒸散,從而估算出土壤含水量,根據冬小麥的需水規律和土壤有效水含量構造干旱指數模型;1994年,肖乾廣等用NOAA氣象衛星資料研究用熱慣量模式監測土壤水分,引入了“遙感土壤水分最大信息層”的概念,建立了多時相的土壤水分監測的冪函數模型,其精度要高于線性模型。此后人們又研究了熱慣量方法用于不同試驗區的參數研究,如陳懷亮等在使用熱慣量方法時考慮了地形和地面風速的影響,張曉煜在對寧夏的旱情監測中考慮了土壤類型對土壤水分的影響;羅秀陵使用NOAA-AVHRR通道4亮溫反演地面溫度,從而建立地面溫度與干旱指數的關系模型。
        對于下墊面有植被覆蓋的情況,根據植物對于地面旱情的反映,1995年蔡斌、陸文杰等用條件植被指數,結合常規氣象資料,對我國干旱、洪澇狀況進行宏觀動態監測;居為民、孫涵等用NOAA-AVHRR的植被指數相對距平圖,對江蘇省1994年的特大干旱進行了應用服務;王鵬新、龔健雅等在用條件植被指數、條件溫度指數和距平植被指數監測年度間相對干旱的基礎上,提出了條件植被溫度指數(VTCI)的概念,并用該方法對陜西省關中東部部分地區春季旱情進行了監測;劉麗、劉清等用植被供水指數法對貴州省旱情進行了監測;1997年隋洪智、田國良等用估算農田蒸散的雙層模型NOAA-AVHRR數據對黃淮海平原春季旱情進行了評估,取得了較好的效果。
        隨著人們對遙感監測環境的重視,干旱遙感監測或土壤水分分布的研究引起了人們很大的興趣,研究的模型更加細致,隨著遙感技術和地理信息系統(GIS)的發展,在GIS的支持下,通過農業生態環境信息的引入,來提高遙感監測精度,陳懷亮、馮定原等利用NOAA-AVHRR氣象衛星遙感與GIS集成,建立了河南省干旱遙感監測信息系統;申廣榮、田國良從作物缺水模型的特點出發,充分利用遙感圖像與GIS相結合的方法,實現了圖像、圖形、數據的一體化,為準確地監測旱情奠定了基礎。