遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感課件

遙感地學(xué)應(yīng)用第二章土地遙感遙感地學(xué)應(yīng)用第二章土地遙感11.土地含義土地是土壤、地貌、巖石、植被、氣候、水文諸因素組成的自然綜合體，它不但是自然資源，也是人類賴以生存的一種物質(zhì)基礎(chǔ)。（土地的重要性和復(fù)雜性）土地作為人類賴以生存的資源和環(huán)境，一方面，人類根據(jù)土地特點(diǎn)而加以不同利用，如農(nóng)、林、牧業(yè)等；另一方面，反映了人類對(duì)它的改造，如城鎮(zhèn)、交通、水利等。

1.土地含義土地是土壤、地貌、巖石、植被、氣候、水文諸因素2土地利用實(shí)際上是上述二方面的表現(xiàn)，重點(diǎn)在于與土地相結(jié)合的人類活動(dòng)而產(chǎn)生的不同利用形式。土地利用是人類在生產(chǎn)活動(dòng)中為達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，對(duì)土地資源的開發(fā)、經(jīng)營(yíng)、使用方式的總稱。土地利用實(shí)際上是上述二方面的表現(xiàn)，重點(diǎn)在于與土地相結(jié)合的人類3土地覆蓋，主要是表示地球表面存在的不同類型和覆蓋，強(qiáng)調(diào)土地表面的現(xiàn)狀?，F(xiàn)有的覆蓋不強(qiáng)調(diào)與人類的經(jīng)濟(jì)功能關(guān)系，大多可從影像特征直接解譯出來。我國(guó)土地覆蓋情況土地覆蓋，主要是表示地球表面存在的不同類型和覆蓋，強(qiáng)調(diào)土地4土地覆蓋的定義有：1)“國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃”(IGBP)和“全球環(huán)境變化人文計(jì)劃”（HDP）：地球陸地表層和近地面層的自然狀態(tài)，是自然過程和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。2)美國(guó)“全球環(huán)境變化委員會(huì)”（USSGCR）：覆蓋著地球表面的植被及其它特質(zhì)。土地覆蓋的定義有：5從兩者的定義可以看出，土地利用和土地覆蓋既有一定的聯(lián)系又有差別。土地利用重點(diǎn)是表示與土地相結(jié)合的人類活動(dòng)而產(chǎn)生的不同利用方式。土地覆蓋主要是表示地球表面存在的不同類型的覆蓋特征，強(qiáng)調(diào)的是土地的表面形狀從兩者的定義可以看出，土地利用和土地覆蓋既有一定的聯(lián)系又有差6我國(guó)土地利用分類的目的是查清各縣各種土地分類的面積、分布和利用狀況，為國(guó)家制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃，農(nóng)業(yè)區(qū)劃和規(guī)劃，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)與土地統(tǒng)計(jì)登記制度等管理工作。因此土地利用分類的主要依據(jù)是土地用途、土地經(jīng)營(yíng)方式、土地利用方式和土地覆蓋特征等。土地覆蓋只是土地利用分類的一個(gè)依據(jù)，但遙感圖像最能夠直接反映的是土地覆蓋。大多數(shù)遙感土地應(yīng)用使用土地覆蓋/利用的概念我國(guó)土地利用分類的目的是查清各縣各種土地分類的面積、分布和利7遙感技術(shù)應(yīng)用于土地資源調(diào)查有以下特點(diǎn)：

(1)能較為準(zhǔn)確地觀察分布在地球表面的土地資源類型及其構(gòu)成的信息，具有覆蓋面大、宏觀性強(qiáng)的特點(diǎn)，尤其是衛(wèi)星遙感圖像。

(2)從紅外到紫外光波均能獲取遙感圖像，擴(kuò)大了波譜視域，因而利用多波段的遙感圖像獲取土地資源類型、土地利用類型的信息，信息豐富多樣。

(3)獲取土地信息具有多時(shí)相性、速度快，有利于土地資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

(4)與常規(guī)調(diào)查技術(shù)相比，遙感技術(shù)在土地資源調(diào)查中節(jié)約工作量和降低工作成本，大大提高工作效率，其中衛(wèi)星遙感與航空遙感相比具有成本低，能達(dá)到信息現(xiàn)勢(shì)性，在土地資源調(diào)查中航空遙感由于圖像分辨率較高，主要用于大中比例尺調(diào)查；衛(wèi)星遙感由于分辨率較低，主要用于中小比例尺土地資源調(diào)查及土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)應(yīng)用于土地資源調(diào)查有以下特點(diǎn)：82.土地利用分類的原則1統(tǒng)一性原則每個(gè)地類都有明確的含義;一、二級(jí)地類及其含義不得隨意

增刪、合并和更改，只允許各省根據(jù)實(shí)際需要，在不打亂全

國(guó)一、二級(jí)分類的前提下，在二級(jí)地類下續(xù)分三級(jí)地類。2科學(xué)性原則根據(jù)歸納共同性、區(qū)別差異性的原理，從總體到局部，從大到小逐級(jí)細(xì)分，

即采用等級(jí)續(xù)分制，分層次組合排列，形成一個(gè)上下聯(lián)系、邏輯分明的科學(xué)分類體系。第一、從一級(jí)地類開始，按土地利用綜合性差異；8大類；第二、按單一性差異和隸屬關(guān)系，在一級(jí)地類下按利用方式、經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)、覆蓋特征等不同，劃分47個(gè)二級(jí)地類；第三、同一種二級(jí)地類，只準(zhǔn)在一個(gè)大類中出現(xiàn)，不允許在另一大類中并存。2.土地利用分類的原則1統(tǒng)一性原則93系統(tǒng)性原則有序排列外，還要有一個(gè)科學(xué)的編碼系統(tǒng)，實(shí)行統(tǒng)一的編排順序，以利于計(jì)劃管理、統(tǒng)計(jì)和匯總，并為整理資料、建立土地資源數(shù)據(jù)庫(kù)和廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)造有利條件。4適用性原則

層次簡(jiǎn)明，命名通俗易懂，含義（即地類劃分標(biāo)準(zhǔn)）準(zhǔn)確明了。各類型的名稱和含義，要盡可能與計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)和生產(chǎn)部門正在使用的分類名稱與含義相一致。5地域性原則我國(guó)幅員遼闊，東西南北差異很大。為了體現(xiàn)各地區(qū)土地利用特點(diǎn)，揭示土地利用分布規(guī)律，在保證全國(guó)分類統(tǒng)一性、不打亂全國(guó)一、二級(jí)分類和編碼的前提下，在二級(jí)地類之下可由各省、市、自治區(qū)根據(jù)需要續(xù)分三級(jí)地類。3系統(tǒng)性原則103.土地利用分類體系《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，土地利用現(xiàn)狀按兩級(jí)進(jìn)行分類，統(tǒng)一編碼排列，其中：一級(jí)類型按土地用途劃分為：耕地、園地、林地、牧草地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地、水域、未利用土地8類。二級(jí)類型按利用方式、經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)及覆蓋特征劃分為47類。地類編碼，一級(jí)類型以一位阿拉伯?dāng)?shù)字1～8表示；二級(jí)類型用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，前一位表示隸屬的一級(jí)類型，后一位表示二級(jí)類型在該一級(jí)類型內(nèi)的編碼，如14，為耕地中的旱地，71為水域中的河流水面。3.土地利用分類體系《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，土地11遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件124地表熱量平衡熱量平衡方程感熱通量潛熱通量土壤熱通量冷熱源全球熱量平衡4地表熱量平衡熱量平衡方程134.1熱量平衡方程R=LE+H+Qs+StR：地表凈輻射通量LE：蒸發(fā)潛熱H：地表與大氣間的湍流熱通量，即感熱通量Qs：地表向下的熱通量St：地表面與生物、物理、化學(xué)過程有關(guān)的能l量通量4.1熱量平衡方程R=LE+H+Qs+St144.2感熱通量感熱：地表與大氣間的湍流熱通量，由地面與大氣之間的溫差造成的。其中ρ為空氣密度，cp為空氣定壓比熱，kT為湍流熱交換系數(shù)。如令下墊面高度為：z=0，積分后則為：其中D為外擴(kuò)散參數(shù)。4.2感熱通量感熱：地表與大氣間的湍流熱通量，由地面與大15熱量平衡法，也可以求得，即：整體空氣動(dòng)力學(xué)法：熱量平衡法，也可以求得，即：整體空氣動(dòng)力學(xué)法：16地表與大氣之間感熱輸送的特點(diǎn)

1）無論是陸面或洋面，感熱交換結(jié)果是由地表面向大氣輸送能量，在大陸上感熱輸送平均由高緯向低緯增加，干旱和潮濕地區(qū)差異很大，最大值出現(xiàn)在熱帶的沙漠地區(qū)。2）感熱輸送隨氣侯濕潤(rùn)程度的增加而減小。3）洋面上最大的感熱輸送發(fā)生在北半球的大洋的西部和北部海區(qū)。在赤道附近較小。4）我國(guó)年平均感熱通量分布呈北高南低分布。塔里木盆地和內(nèi)蒙古高原為高值區(qū)，這里干旱、少云、多日照。低值區(qū)出現(xiàn)在四川、貴州一帶。地表與大氣之間感熱輸送的特點(diǎn)174.3潛熱通量潛熱：地表蒸發(fā)時(shí)液態(tài)水氣化所吸收的熱量，它通過在大氣中凝結(jié)液態(tài)水而向大氣釋放熱量。L為蒸發(fā)潛熱，kg為水汽交換系數(shù)，當(dāng)空氣未飽和時(shí)，LE可寫牛頓形式：引入鮑文比β

4.3潛熱通量潛熱：地表蒸發(fā)時(shí)液態(tài)水氣化所吸收的熱量，它通18遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件19地面與大氣之間的潛熱輸送的特點(diǎn)1）在海陸分界處，洋面和陸面的潛熱輸送相差很大。這是由于大陸和海洋上凈輻射的不同引起的蒸發(fā)力不同；大陸上由于地表水分的限制，制約了潛熱的輸送。2）大陸表面的潛熱輸送具有明顯的非帶狀分布特征。在充分濕潤(rùn)地區(qū)，潛熱輸送隨凈輻射自高緯向赤道增大而增大；在干旱地區(qū)，潛熱輸送隨干旱程度的增加而減少。3）大洋上潛熱輸送年總量的分布與洋面凈輻射的分布基本相似。隨緯度上升而下降，暖流所經(jīng)處使?jié)摕崦黠@加大，而冷洋流作用的地區(qū)，潛熱輸送偏低。使?jié)摕彷斔偷膸罘植继卣髟獾狡茐摹?）我國(guó)年平均潛熱輸送通量等值線基本呈緯向分布，由南向北遞減。這是因?yàn)槟戏捷^北方潮濕，且溫度較北方高；低值中心在塔里木盆地。地面與大氣之間的潛熱輸送的特點(diǎn)204.4土壤熱通量土壤熱通量：地表土壤與下層土壤間熱傳導(dǎo)的熱量通量。λ為土壤導(dǎo)熱率，c為土壤比熱，k為土壤導(dǎo)溫率。我國(guó)熱平衡占采用各時(shí)段年內(nèi)不同深度土壤溫度差的關(guān)系計(jì)算：4.4土壤熱通量土壤熱通量：地表土壤與下層土壤間熱傳導(dǎo)的熱量21Cw土壤容積熱容量，t為時(shí)間間隔。k為土壤導(dǎo)溫系數(shù)。S1為各深度溫度分布特征函數(shù)，S2為10~20cm處土壤溫度變化的特征函數(shù)。Cw土壤容積熱容量，224.5冷熱源如果地表有熱量向大氣輸送，稱這個(gè)地區(qū)為地面熱源，反之地表從大氣得到熱量，稱這個(gè)地區(qū)為冷源（熱匯）。我國(guó)冷熱源分布與氣候的關(guān)系冬季：熱源呈現(xiàn)南高北低的特點(diǎn)，零等值線在40~48oN之間，北部由于地表積雪反射率增大為冷源；南部為熱源，四川盆地的云霧和陰雨較多，出現(xiàn)大低值中心；青藏高原的東南部旱季輻射加熱作用較強(qiáng)，為熱源；高原的主體部分也為熱源區(qū)。4.5冷熱源如果地表有熱量向大氣輸送，稱這個(gè)地區(qū)為地面熱源23夏季：兩大高值區(qū)分別位于內(nèi)蒙古高原和淮河以南的整個(gè)東南和華南沿海地區(qū)。低值區(qū)位于滇西南及青藏高原主體部分；另一低值區(qū)位于山東半島。內(nèi)蒙高原的強(qiáng)大的熱源是該地區(qū)很強(qiáng)的太陽輻射作用所造成的，而東南沿海高值區(qū)則是副高影響的結(jié)果，滇西南低值區(qū)是由于西南季風(fēng)影響下的雨帶造成的；青藏高原南部的高值區(qū)是由于夜雨造成的。夏季：兩大高值區(qū)分別位于內(nèi)蒙古高原和淮河以南的整個(gè)東南和華南244.6全球熱量平衡1.地氣系統(tǒng)熱量徑向輸送的特點(diǎn)(1)兩半球30o之間的輻射過剩，中高緯地區(qū)輻射不足，低緯地區(qū)的過剩與中高緯地區(qū)的不足相抵，整個(gè)地區(qū)保持輻射平衡狀態(tài)。(2)低緯地區(qū)的過剩與中高緯地區(qū)的輻射不足將使赤道與極地間的梯度加大，產(chǎn)生具有某些能量調(diào)節(jié)機(jī)制，從低緯向高緯進(jìn)行能量的水平輸送。(3)在緯度30o~40o之間的能量輸送最大，從低緯度向高緯度輸送的所有能量都必須經(jīng)過這里。因此在中緯度地區(qū)平均說來，風(fēng)速最大，出現(xiàn)劇烈的天氣系統(tǒng)。（4）地緯向高緯總能量輸送包括三部分：潛熱輸送、海洋輸送和大氣輸送（感熱）。4.6全球熱量平衡1.地氣系統(tǒng)熱量徑向輸送的特點(diǎn)(1)兩半252.南北半球熱量徑向輸送的差異(1)通過中緯度和熱帶地區(qū)的潛熱輸送，南半球比北半球大。

(2)通過熱帶和副熱帶的海洋輸送，北半球比南半球大得多。

(3)由于南半球Hadley環(huán)流比北半球更為強(qiáng)大，使得通過熱帶的大氣輸送在南半球遠(yuǎn)大于北半球。

(4)主要由大型渦旋通過中緯度的大氣輸送，在南半球較弱，南半球能量輸送更多的是以潛熱輸送的形式進(jìn)行。(5)南半球的凈輻射略有盈余，輻射盈余對(duì)赤道以北的影響主要表現(xiàn)在海洋上，跨越赤道向北輸送的巨大的潛熱量主要由反向流動(dòng)的大氣輸送來實(shí)現(xiàn)。2.南北半球熱量徑向輸送的差異(1)通過中緯度和熱帶地區(qū)的26假定到達(dá)大氣上界的太陽輻射為100。①經(jīng)大氣、云的吸收，反射和地面反射，被地球吸收的只有51（長(zhǎng)波輻射為21，潛熱輸送為23，感熱輸送為7）。②被云、大氣反射回太空的為30③被大氣中水汽、塵埃、臭氧、云吸收的為19④地面反射的能量為51（⑤大氣吸收為45，⑥透過大氣射向太空的為6）所以共吸收的量是：③+④=70共向太空放出的量是：③+⑤+⑥=70假定到達(dá)大氣上界的太陽輻射為100。27全球能量平衡的模型全球能量平衡的模型28遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件295.土壤類型遙感分析土壤類型的空間分布規(guī)律地帶性土壤隱域性土壤5.土壤類型遙感分析土壤類型的空間分布規(guī)律30土壤類型決定性因素

直接因素(土壤的光譜特征)土壤類型決定性因素

直接因素(土壤的光譜特征)31遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件32遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件33間接因素地帶性氣候因素地貌因素地質(zhì)條件地形起狀特征間接因素34案例分析

新疆南部的土壤遙感解譯中，根據(jù)影像劃分出山地、山前洪積扇、沖積平原、荒漠平原、片狀綠洲，線狀綠洲等地理單元，并進(jìn)一步劃分了沿河、湖濱等地區(qū)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤解譯、制圖。與常規(guī)方法制作的土壤圖比較，內(nèi)容詳細(xì)得多。案例分析 新疆南部的土壤遙感解譯中，根據(jù)影像劃分出山35遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件36遙感地學(xué)應(yīng)用02-土地遙感ppt課件376.土壤水分遙感6.1遙感數(shù)據(jù)中的土壤含水量信息6.1.1可見光波段的土壤含水量信息根據(jù)地物波譜的測(cè)定，在可見光部分干燥土壤的反射光譜比潮溫土壤的反射光譜平行抬高一段反射率。隨著含水量的多寡，抬高的距離大小不同。因此，早期遙感研究中有用可見光波段測(cè)定土壤含水量的嘗試。6.土壤水分遙感6.1遙感數(shù)據(jù)中的土壤含水量信息386.1.2近紅外波段的土壤含水量信息近紅外波段對(duì)水的反映靈敏，水對(duì)近紅外光完全吸收。因此含水量高的土壤在近紅外波段上呈暗色調(diào)，地物波譜曲線不是平行降低，而是陡坡降低。因此早期與可見光波段同時(shí)使用推測(cè)土壤含水量。6.1.2近紅外波段的土壤含水量信息近紅外波段對(duì)水的反映靈396.1.3中紅外波段的土壤含水量信息中紅外波段對(duì)高溫反應(yīng)靈敏，是林火的探測(cè)波段。反之，土壤十分干燥時(shí)溫度較高，在中紅外遙感影像上有反映。也就是說，如果求土壤的干燥度時(shí)，用中紅外波段效果較好。6.1.3中紅外波段的土壤含水量信息中紅外波段對(duì)高溫反應(yīng)靈406.1.4熱紅外波段的土壤含水量信息

熱紅外波段對(duì)常溫反映靈敏，土壤溫度與濕度關(guān)系密切，因此熱紅外遙感數(shù)據(jù)中也包含了土壤含水量的信息。6.1.4熱紅外波段的土壤含水量信息熱紅外波段對(duì)常溫反416.1.5微波波段上的土壤含水量信息微波波段對(duì)水的反映極其靈敏，很薄的水層就可以屏蔽微波輻射。因此許多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都認(rèn)為微波是探測(cè)土壤含水量最佳的波段。馬藹乃等（2000）根據(jù)對(duì)各個(gè)波段的研究，首先發(fā)現(xiàn)微波對(duì)水的反映極其靈敏，但是對(duì)土壤含水量的反映卻不十分靈敏。因?yàn)樗媸止饣模撩娴拇植诙扰c微波波長(zhǎng)十分接近，使得土壤含水量的信息強(qiáng)度被淹沒在粗糙度的信息強(qiáng)度之中。6.1.5微波波段上的土壤含水量信息微波波段對(duì)水的反映極其426.2表觀熱慣量的遙感信息模型物體的熱慣量P是物體固有的屬性，它的表達(dá)式為：式中k為熱傳導(dǎo)系數(shù)，ρ為密度，γ為比熱容。因?yàn)闊醾鲗?dǎo)系數(shù)、密度、比熱容對(duì)一種物體來說是固定不變的，所以熱慣量也是地物的固有屬性。6.2表觀熱慣量的遙感信息模型物體的熱慣量P是物體固有的屬43土壤因?yàn)楹康淖兓?，使得熱傳?dǎo)系數(shù)、密度、比熱容都發(fā)生變化，從而使得熱慣量變化，這是確定無疑的。但從遙感數(shù)據(jù)不可能直接提取出熱慣量，也不可能直接提取熱傳導(dǎo)系數(shù)、密度、比熱容。土壤因?yàn)楹康淖兓沟脽醾鲗?dǎo)系數(shù)、密度、比熱容都發(fā)生變化44

地物在吸收短波太陽輻射后以長(zhǎng)波的方式發(fā)射，地溫增高。白晝地物吸收太陽能量而增溫；夜間地物發(fā)射能量而減溫。地物晝夜的溫差就是地物熱慣量的表象。例如水體，由于熱慣量大，晝夜溫差??；巖石熱慣量小，晝夜溫差大；各種含水量不同的土壤熱慣量介于水體與巖石的熱慣量之間，熱慣量的大小也介于水體與巖石的熱慣量之間。地物在吸收短波太陽輻射后以長(zhǎng)波的方式發(fā)射，地45遙感波段中可見光與近紅外中的全部太陽波譜的能量，減去地物在所有譜段內(nèi)的反照率能量，就產(chǎn)生晝夜溫差的能量。稱為表觀熱慣量遙感信息模型ATI：式中A為反照率，ΔT為晝夜溫差，k，n為地理參數(shù)。A可由可見光與近紅外所有波段遙感數(shù)據(jù)之和求出，ΔT為白晝熱紅外遙感數(shù)據(jù)減去夜間熱紅外遙感數(shù)據(jù)求出。ATI可以用水體在遙感影像上的數(shù)據(jù)為最大值，干沙沙漠的數(shù)據(jù)為最小值，從而求解k，n。遙感波段中可見光與近紅外中的全部太陽波譜的能量，減去地物在所46

撒哈拉沙漠、塔克拉瑪干沙漠、澳大利亞沙漠、北美沙漠與它們附近的水體所求解出來的k，n是不相同的，因?yàn)樵谏鲜龉街羞€有一些地理環(huán)境因素沒有考慮到，而被包括在其中了。

根據(jù)上式可以計(jì)算出表觀熱慣量的影像圖（ATI圖）。表觀熱慣量與真實(shí)熱慣量之間是正變的關(guān)系，前者是無量綱的相對(duì)值，后者是有量綱、有單位的物理量。真實(shí)熱慣量的單位是J/（m2s1/2K）。兩者在數(shù)值上雖然不相等，但是表達(dá)的都是熱慣量。在遙感技術(shù)中，通常采用相對(duì)值來表示物理量。撒哈拉沙漠、塔克拉瑪干沙漠、澳大利亞沙漠47

6.3表觀土壤含水量遙感信息模型

既然我們用表觀熱慣量替代了真實(shí)熱慣量，因此對(duì)于土壤含水量，也應(yīng)該可以用表觀土壤含水量來替代真實(shí)土壤含水量?，F(xiàn)在給出表觀土壤含水量ASW的表達(dá)式：6.3表觀土壤含水量遙感信息模型既然我們用48

式中d為土壤顆粒粒徑，D為土壤土層厚度，ρs為土壤的密度，ρ為水的密度。a0，a1，a2，的為地理參數(shù)。將土壤顆粒粒徑、土壤土層厚度、土壤密度內(nèi)插成影像化的圖像，與遙感圖像配準(zhǔn)。在影像上或地面上（配準(zhǔn)），確定最干燥的土壤、最濕潤(rùn)的土壤以及中等含水量的土壤，作為標(biāo)準(zhǔn)，求出地理參數(shù)a0，a1，a2

。由此求出的表觀土壤含水量ASW也是無量綱的相對(duì)值。式中d為土壤顆粒粒徑，D為土壤土層厚度，ρs49

上式的含義是表觀土壤含水量是表觀熱慣量的函數(shù)，是相對(duì)土壤密度的函數(shù)，也是相對(duì)土層厚度的函數(shù)。由于水的密度是1，所以土壤密度除以水的密度，該因子團(tuán)成為無量綱相似準(zhǔn)則。顆粒粒徑表示土壤的空隙度，土層厚度表示所測(cè)土壤含水量的深度范圍，顆粒粒徑除以土層厚度表示相對(duì)土層厚度，即土層有幾倍的粒徑厚度，也是無量綱因子團(tuán)。由于世界各地的土壤種類不同，所處地理環(huán)境不同，所以a0，a1，a2各處是不同的，也是以圖像表示的。同樣地，表觀土壤含水量也是虛擬的。

上式的含義是表觀土壤含水量是表觀熱慣量的函數(shù)，是506.4真實(shí)土壤含水量與表觀土壤含水量

真實(shí)土壤含水量是在地面上實(shí)測(cè)的土壤含水量。實(shí)測(cè)土壤含水量在地面上的取樣面積只有幾平方厘米，遙感是監(jiān)測(cè)不到的。

遙感監(jiān)測(cè)土壤含水量是大面積范圍上的工作，往往用氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，每1個(gè)像元是1km2的面積，地面上實(shí)測(cè)的土壤含水量根本無法與之比較。1km2上需要實(shí)測(cè)幾百個(gè)點(diǎn)的土壤含水量，取其均值，還要隨機(jī)統(tǒng)計(jì)方法正確，才能兩相比較。6.4真實(shí)土壤含水量與表觀土壤含水量51地面上實(shí)測(cè)的土壤含水量很難做到同步實(shí)測(cè)。某個(gè)點(diǎn)的含水量與相鄰點(diǎn)的含水量觀測(cè)時(shí)間往往相差幾個(gè)小時(shí)，甚至相差幾天。

遙感計(jì)算出來的表觀土壤含水量是同一瞬間的，完全同步的。地面上實(shí)測(cè)的土壤含水量很難做到同步實(shí)測(cè)。某個(gè)點(diǎn)的含水52

土壤含水量是一個(gè)無量綱的百分含量（%），遙感數(shù)據(jù)也是無量綱的灰度，因此容易誤認(rèn)為兩者既然都是無量綱的，可以直接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其實(shí)不然，土壤含水量是真實(shí)的物理量數(shù)據(jù)，而從遙感影像上求出的表觀土壤含水量是虛擬的相對(duì)數(shù)據(jù)。

既然不同，為什么可以用遙感計(jì)算出來的表觀土壤含水量來替代實(shí)測(cè)的土壤含水量呢?土壤含水量是一個(gè)無量綱的百分含量（%），53

根據(jù)在極少數(shù)有可能對(duì)比的點(diǎn)上取到的實(shí)測(cè)土壤含水量資料的研究表明，遙感所計(jì)算的表觀土壤含水量與實(shí)測(cè)的土壤含水量成正變關(guān)系，即表觀土壤含水量大，實(shí)測(cè)的土壤含水量也大；表觀土壤含水量小，實(shí)測(cè)的土壤含水量也小。正因?yàn)槿绱?，所以上式是一個(gè)通用的表觀土壤含水量公式。其中沒有地形與植被的影響，可以認(rèn)為該兩項(xiàng)因素已經(jīng)包括在a0里面了，這樣便于產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用。根據(jù)在極少數(shù)有可能對(duì)比的點(diǎn)上取到的實(shí)測(cè)土壤54如果把地形因素與植被因素也考慮進(jìn)去，那么表觀土壤含水量的方程要復(fù)雜得多，即：式中h為相對(duì)高程，H為絕對(duì)高程，sinα為坡度，NDVI植被指數(shù)。如果把地形因素與植被因素也考慮進(jìn)去，那么表觀土壤含水量的方程557干旱遙感監(jiān)測(cè)我國(guó)每年都有干旱發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各種受災(zāi)面積中，旱災(zāi)占61%，水災(zāi)占24%，冰雹災(zāi)占9%，霜凍災(zāi)占6%。為了合理使用水資源，有效地抗旱救災(zāi)，必須迅速知道那里受旱，程度如何，而衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)是一種有效方法。7干旱遙感監(jiān)測(cè)我國(guó)每年都有干旱發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各56

7.1干旱概念及干旱指標(biāo)通常干旱是指某地團(tuán)長(zhǎng)期沒有降水或降水顯著偏少造成空氣干燥、土壤缺水甚至干涸的現(xiàn)象。云南干旱7.1干旱概念及干旱指標(biāo)通常干旱是指某地團(tuán)長(zhǎng)期沒有降57

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度看，干旱的發(fā)生是一個(gè)很復(fù)雜的過程，它受到多種因素的制約。首先是氣象因素，除了降水量以外，降水的強(qiáng)度、氣溫、光照、風(fēng)速也在一定程度上影響干旱的強(qiáng)度。其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身的特點(diǎn)，有農(nóng)林牧結(jié)構(gòu)、耕作制度、農(nóng)作物種類、生育時(shí)期以及耕作措施等等。此外還有某些自然地理?xiàng)l件，如土壤、水文、地形地貌等等；最后是社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，如灌溉條件、保持土壤水分所需要的物質(zhì)條件等等。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度看，干旱的發(fā)生是一個(gè)很復(fù)雜的587.2干旱指標(biāo)干旱指標(biāo)是確定干旱是否發(fā)生以及發(fā)生干旱嚴(yán)重程度的一種量度。干旱的原因比較復(fù)雜，除了降水量持續(xù)偏少外，還與作物對(duì)水分的要求，人類補(bǔ)充水分虧缺的能力以及土壤持水、保水等因素有關(guān)。因此，人們從各個(gè)方面來定義干旱，確定干旱的指標(biāo)。7.2干旱指標(biāo)干旱指標(biāo)是確定干旱是否發(fā)生以及發(fā)生干旱嚴(yán)重59世界氣象組織根據(jù)各國(guó)對(duì)干旱指標(biāo)的研究，一共列出55個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)可以概括為以下幾個(gè)類型：同一個(gè)國(guó)家，不同的氣候區(qū)域也會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。

降水；降水與平均溫度比；土壤水分和作物參數(shù)；氣候指標(biāo)和蒸散量估算；綜合指標(biāo)。世界氣象組織根據(jù)各國(guó)對(duì)干旱指標(biāo)的研究，一共列出55個(gè)指標(biāo)，這607.3干旱遙感監(jiān)測(cè)方法干旱沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，可以從各個(gè)方面去定義，但都離不開水和植被。遙感監(jiān)測(cè)干旱也基于土壤水分和植被狀況。對(duì)于裸地，衛(wèi)星遙感的重點(diǎn)是土壤含水量對(duì)于有植被覆蓋的區(qū)域，衛(wèi)星遙感的重點(diǎn)是植被指數(shù)的變化及植被冠層蒸騰狀況的變化。7.3干旱遙感監(jiān)測(cè)方法干旱沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，可以從各個(gè)方面617.3.1熱慣量法熱慣量法主要用于裸露土壤。它是用熱紅外方法遙感濕度，基于熱傳導(dǎo)方程：其中：λ為熱傳導(dǎo)度，Ca為熱容量，ρ為土壤密度，Z為土壤深度，t為時(shí)間，T為土壤溫度7.3.1熱慣量法熱慣量法主要用于裸露土壤。它是用熱62

此熱傳導(dǎo)方程的邊界條件為：其中，為日平均溫度，ΔT0為Ocm的地表溫度日較差，ω為角頻率此熱傳導(dǎo)方程的邊界條件為：63解方程后，得到熱慣量表達(dá)式：

其中P為熱慣量，即衛(wèi)星間接遙感量，ΔT0為每日最高溫度和最低溫度之差，人為全波段反照率，B為常數(shù)。其中P為熱慣量，即衛(wèi)星間接遙感量，ΔT0為每日最高溫度和最低64通常用統(tǒng)計(jì)方法建立土壤水分遙感模型，但目前國(guó)內(nèi)建立的多是線性模型，而冪函數(shù)模型比線性模型好，因此它的物理意義與上述公式的數(shù)字表達(dá)式相一致，試驗(yàn)結(jié)果表明擬合精度也比其它函數(shù)形式的擬合精度高，冪函數(shù)形式為：式中，為土壤水分，是擬合系數(shù)（最小二乘法擬合），P是熱慣量。通常用統(tǒng)計(jì)方法建立土壤水分遙感模型，但目前國(guó)內(nèi)建立的多是線性65

7.3.2植被指數(shù)法植被長(zhǎng)勢(shì)受到許多因素的影響。在干旱年份，水對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)起關(guān)鍵作用。水分虧缺，植被長(zhǎng)勢(shì)不好，葉面積指數(shù)下降，葉子內(nèi)的葉綠素減少，它對(duì)太陽的近紅外光的反射能力降低，衛(wèi)星遙感得到的植被指數(shù)會(huì)明顯降低。以此來表明干旱程度，就是監(jiān)測(cè)干旱的植被指數(shù)法。7.3.2植被指數(shù)法植被長(zhǎng)勢(shì)受到許多因素的影響。在66

7.3.3植被供水指數(shù)法熱慣量方法只對(duì)裸露土壤適用，因?yàn)樵谟兄脖桓采w情況下，特別是在植被覆蓋度很高時(shí)，植被改變了土壤的熱傳導(dǎo)性質(zhì)，而旱災(zāi)發(fā)生的季節(jié)，植被覆蓋率年往往很高。為了對(duì)高植被覆蓋區(qū)農(nóng)作物的旱災(zāi)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心發(fā)展了“植被供水指數(shù)法”。7.3.3植被供水指數(shù)法熱慣量方法只對(duì)裸露土壤適用67其物理意義是：

當(dāng)作物供水正常時(shí)，衛(wèi)星遙感的植被指數(shù)在一定的生長(zhǎng)期內(nèi)保持在一定的范圍，而衛(wèi)星遙感的作物冠層溫度也保持在一定的范圍內(nèi)；

如果遇到干旱，作物供水不足，一方面作物的生長(zhǎng)受到影響，衛(wèi)星遙感的植被指數(shù)將降低，另一方面作物的冠層溫度將會(huì)升高，這是由于干旱造成的作物供水不足，作物沒有足夠的水供給葉子表面的蒸發(fā)（蒸發(fā)帶走熱量），被迫關(guān)閉一部分氣孔，致使植被冠層溫度升高。其物理意義是：當(dāng)作物供水正常時(shí)，衛(wèi)星遙感的植68

植被供水指數(shù)的定義式為：

VSWI＝NDVI／T5

上式中T5是美國(guó)NOAA衛(wèi)星或我國(guó)FY—l衛(wèi)星遙感到的作物冠層溫度。植被供水指數(shù)的定義式為：69

7.3.4距平植被指數(shù)法

為了監(jiān)測(cè)大范圍作物干旱，中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心還發(fā)展了距平植被指數(shù)法。它是用植被指數(shù)（NDVI）多年的旬（月）平均值作為背景值，然后用作物受災(zāi)旬或月的植被指數(shù)（NDVI）減去背景值。7.3.4距平植被指數(shù)法為了監(jiān)測(cè)大范圍作70求旬、月植被指數(shù)，每旬需30多條軌道衛(wèi)星資料，每月需90多條軌道衛(wèi)星資料，才能消去云的影響，監(jiān)測(cè)全國(guó)范圍的干旱。經(jīng)過進(jìn)一步的工作，可以做出每旬的全國(guó)范圍具有國(guó)界省界標(biāo)志的植被態(tài)勢(shì)圖像或數(shù)字打印圖，以供植被長(zhǎng)勢(shì)—干旱狀況分析判斷。對(duì)于中國(guó)，該圖范圍可為東經(jīng)74o～135o，北緯12o～57o，圖像空間分辨率約為6km。求旬、月植被指數(shù)，每旬需30多條軌道衛(wèi)星資料，每月需90多條71旱情遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估旱情遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估72

距平植被指數(shù)：AVI=NDVIi-NDVI式中，NDVIi為某一特定年某一時(shí)期（如旬、月等）NDVI的值，NDVI為多年該時(shí)期NDVI的平均值。

距平植被指數(shù)：73AVI作為監(jiān)測(cè)干旱的一種方法，它以某一地點(diǎn)某一時(shí)期多年的NDVI平均值為背景值，用當(dāng)年該時(shí)期的NDVI減去背景值，即可計(jì)算出AVI的變化范圍，即NDVI的正、負(fù)距平值。正距平反映植被生長(zhǎng)較一般年份好，負(fù)距平表示植被生長(zhǎng)較一般年份差。AVI作為監(jiān)測(cè)干旱的一種方法，它以某一地點(diǎn)某一時(shí)期多年的N74一般而言，距平植被指數(shù)為－0.1～－0.2表示旱情出現(xiàn)，－0.3～－0.6表示旱情嚴(yán)重。對(duì)1992年河南省的旱情（大旱）研究后認(rèn)為，在山區(qū)應(yīng)用距平植被指數(shù)的效果比降水距平好，并認(rèn)為是由于山區(qū)降水容易流失所致。一般而言，距平植被指數(shù)為－0.1～－0.2表示旱情出現(xiàn)，－0757.3.5條件植被指數(shù)

條件植被指數(shù)（VegetationConditionIndex，VCI）：

式中，ND