第7卷第5期
2003年9月
遥感
JOURNALOFREMOTESENSING
V o1.7,No.5
Sep.,2003太极美女马畅
文章编号:1007—4619(2003)05—0420—08
利用温度植被旱情指数(TVDI)进行
全国旱情监测研究
齐述华，王长耀，牛铮
(中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学开放实验室，北京100101)
摘要：利用NOAA—AVHRR资料提取的归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST)，构建NOVt-r，特征空
间，依据该特征空间设计的温度植被旱情指数作为旱情指标，对中国2000年3月和5月各旬的旱情进行了研究.
研究结果表明在2O0O年3月和5月的重早区主要分布在中国西北地区，在华北和华南的部分地区也有较大范围
的分布,3月和5月的全国重早面积分别为67.2×104km和126.1×104krn2；通过与各气象站测定的表层10cm土
壤重量含水量(8)数据进行相关性研究表明，利用综合了植被覆盖信息和陆地表面温度信息的TVDI旱情指标
能够较好地反映表层土壤水分变化趋势，作为旱情评价指标是合理的；对TVD1随NDVI和变化的敏感性评
价结果表明，以陆地表面温度为基础的旱情指标相对比以植被指数为基础的旱情指标更合理.
关键词：温度植被旱情指数;NDV1-,；特征空间；旱情;NDV1; 中图分类号:TP79/$3文献标识码:A
1引言
绩效考核与绩效管理
一
个大流域的水文模型需要大量分布式数据作
为模型的输入，因为模型所需要的多数变量是具有
一
定的空间分布规律的.遥感是获得陆面分布式信
息最经济的技术手段，其中土壤水分状况是水文模
型所关注的一个非常重要的变量之一，因而有必要
研究利用遥感信息研究获取土壤水分状况信息. NOAA.A VHRR遥感数据由于其自身的特点在大面
积旱情监测方面具有其很大的优势.利用遥感手段
监测大范围旱情的研究在国内也已经取得很大的进
展【】J.这些研究采用的旱情指标或者是建立在陆
面温度基础上，或者建立在植被指数基础上，或者从
实际蒸散和潜在蒸散的比值着手进行.在植被覆盖
周芷若的乳头条件下，利用土壤表现热惯量法进行土壤水分状况
评价存在很大的限制，而利用NDVI作为水分胁迫qq空间v8新版
指标又表现出一定的滞后性_4j.相比之下温度作为
水分胁迫指标具有更高的时效性_5j.以冠层或叶片
辐射温度信息作为旱情评价指标早在20世纪80年
代初期就得到广泛的应用_6'7j.然而，在应用遥感
手段进行旱情监测时，如果单独以遥感获得的陆面
温度作为指标，在植被覆盖不完全条件下，较高的土
壤背景温度会严重干扰旱情信息_8J.
为了消除土壤背景的影响，有必要利用光谱植被
指数和陆面温度的复合信息来评价区域旱情.Price_9J
和Cads叩_1o_发现当研究区域的植被覆盖度范围较大,
以遥感资料得到的和NDVI为横纵坐标得到的散点
图呈三角形;Moran等_8发现散点图呈梯形.事实上,
结合遥感陆面温度()和光谱植被指数已经应用于多
方面的研究.如Moran等h8结合光谱植被指数和陆面
温度研究遥感估算蒸散量;Prihodko等_】1_和Boegh等_】j
发现T,/NDVI斜率与地表蒸散速率有一定函数的关
系，并且可以用来计算气温;Boe曲等_1j根据对各种植
被类型的NDVI-T~线性关系，将遥感获得的数据分
解为稀疏植被条件下的叶温和土壤温度;Nemani和
RunningCt3]建立T,/NDVI斜率与气孔阻力及蒸散之间
的联系；利用r,/NDVI斜率评价土壤水分状况的研究
也不少_4.5.14..j，然而国内利用NOW-r，特征空间进行
土壤水分状况评价的研究很少.
本文利用NOAA.A VHRR资料，结合分布于全国
收稿日期:2002.06—23；修订日期:2002.06.27
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G200077900)和中国科学院知识创新工程重大项目——中国陆地和近海生态系统碳收支研究
(KZCX1.SW01)资助.
构建什么一体
作者简介：齐述华(1973一)，男,2001年7月毕业于中国农业大学土壤学专业，现为中国科学院遥感应用研究所在读博士生，主要研究方
向为农业遥感.
第5期齐述华等：利用温度植被旱情指数(D,)进行全国旱情监测研究421
各地气象台站测定的土壤含水量数据，试图对温度
植被干旱指数作为旱情指标进行全国旱情监测的可
行性分析评价.
2原理和方法
遥感辐射温度受多方面因素相互作用的影响,
如植被覆盖度，蒸散量，地表热特性(导热性和热
容)，净辐射，地表粗糙度和风速等l4j.由于植被覆
盖度与光谱植被指数存在一定关系，而植被覆盖度决定了传感器接收到土壤背景和植被冠层可见光和热红外信息，从而影响遥感获取的辐射温度.由于
蒸散很大程度上控制冠层温度，在一定的净辐射条件下，当蒸散量越少，感热量越大，冠层温度就越高. 另外蒸散量同时受3方面的因素控制，即气象条件, 植被生长状况和土壤可利用水量.生态系统在一定气象条件下，当土壤水分不能满足潜在蒸散时，用于改变周围环境温度的感热量增加，冠层温度升高，气孔阻力增大，进一步抑制蒸散.显然土壤水分状况
与表面温度之间不存在直接的关系，但土壤水分无疑是影响植被冠层温度的重要因素.从这个意义上，一定植被覆盖条件下的冠层温度能够间接反映土壤供水情况.
Sandhoh等【4利用简化的NDVI-1"，特征空间提
出水分胁迫指标，即温度植被旱情指数，在该简化的特征空间，将湿边()处理为与NDVI轴平行的
直线，旱边(.)与NDVI成线性关系.该简化的
NDVI-T，特征空间见图1.由图1描述的NDVI-特
征空间计算TVDI表达式为:
删s-ls-min(1)
一
未来的文具盒
图1简化的.NDVI特征空间
Fig.1Simplified—NDVIspace(Sandholteta1.,2002)
事实上，在不同的植被覆盖度条件下,NDVI-1"，特征空间中最低温度(mi)是不同的,Moran等_8j在假
设NDVI-1"，特征空间呈梯形的基础上，从理论上计算梯形四个顶点坐标的研究结果也说明了这点.因
此文中在将NDVI-T，特征空间简化处理为三角形的同时，对.mi和一
一
同时进行线性拟合，拟合结果
表示为:
T一
i=al+bl*NDVI
一
=a2+62*NDVI
这样可以由下式计算温度植被旱情指数:
TVDI=
(3)
式中a.,b.,a：和b：分别是旱边和湿边拟合方程的
系数.此外为了减少不同气候类型区的气候条件对陆面温度的影响，文中分别对3个农业气候区进行研究(图2).这三个气候区分别是：东部季风农业
气候区,ACRI；西北干旱农业气候区,ACRII；青藏
高寒农业气候区,ACRm.最后形成全国旱情等级
分布图.利用布置在全国各地气象站实测的表层土壤湿度数据对TVDI作为旱情监测指标的效果进行检验评价.
3数据获取与数据处理
由于拔节期和抽穗期是小麦生长的两个关键
期，本文利用2000年3月和5月按旬合成的NDVI 数据和4,5通道亮温数据研究全国旱情分布.采用
的数据来自于ChibaUniversity的"arGlobal 4.minuteAVHRRNDVIDataset"数据集和4,5通道的热红外亮温数据集，该数据集的空间分辨率为8km ×8km.NDVI由经过大气校正的可见光(0.58—
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