DB63 T1681-2018 高寒草地土壤墒情遥感监测规范.pdf
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1、 ICS 07.060 A 47 DB63 青海省地方标准 DB 63/T 16812018 高寒草地土壤墒情遥感监测规范 2018 - 07 - 16 发布 2018 - 09 - 25 实施 青海省质量技术监督局 发布 DB63/ 16812018 I 目 次 前言 . . II 1 范围 . . 1 2 规范性引 用文件 . . 1 3 术语和定义 . . 1 4 遥感数据要求 . . 1 5 遥感监测方法 . . 2 6 夏旱监测示例 . . 5 附录 A(规范性附录) 高寒草地地理分区 . 6 附录 B(资料性附录) 土壤线斜率 M 值的计算方法及各地理分区的土壤线斜率 M 值 .
2、8 附录 C(资料性附录) 祁连山东部地区和青南的东南部地区的干湿边系数 . 11 附录 D(资料性附录) 20 16 年曲麻莱 夏旱监测示例 . . 13 参考文献 . . 14 DB63/ 16812018 II 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由青海省气象局提出并归口。 本标准起草单位:青海省气象科学研究所。 本标准主要起草人:陈国茜、祝存兄、校瑞香、严应存、史飞飞、李璠、刘宝康、石明明。 DB63/ 16812018 1 高寒草地土壤墒情遥感监测规范 1 范围 本标准规定了土壤表层解冻后至封冻前,高寒草地土壤墒情的遥感监测方法、基于土壤重量含水率 的
3、土壤墒情分析方法及技术流程。 本标准适用于气象、环保、水利、国土和农牧业等部门开展高寒草地土壤墒情的遥感监测、业务服 务和科研等相关工作。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 QX/T 188-2013 卫星遥感植被监测技术导则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 高寒草地 分布在青藏高原上的高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠草原等草地的总称。 3.2 地理分区 以多年年平均气温和年降水量作为一级分区依据、多年平均归一化植被指数(NDVI
4、)作为二级分区 依据、土壤含沙量作为三级分区依据,采用非监督分类方法中的重复自组织数据分析技术(ISODATA) 进行分区得到的气候条件、自然植被和土壤条件较为一致的区域。见附录A。 3.3 遥感干旱指数 利用遥感手段获得的关于植被生理生态、蒸散和地表热状况等的各种指数,用于直接或间接反映地 表水分(或植被冠层水分)的盈缺情况,常用的指数有垂直干旱指数、植被状况指数、温度植被干旱指 数等。 4 遥感数据要求 4.1 数据来源 DB63/ 16812018 2 卫星数据应源自携带有可见光波段和热红外波段探测仪器的卫星,如FY3A/B/C-VIRR 、EOS/MODIS、 NOAA/AVHRR等,
5、应为经过辐射校正、几何校正等处理的2级数据或数据产品。 4.2 数据处理步骤 在计算遥感干旱指数前,应对卫星数据按下列要求进行处理: 进行大气校正; 优先使用星下点附近数据进行地图投影变换处理; 提取晴空无云、非雪盖、高质量的像元; 根据需要进行多天最大值合成。 5 遥感监测方法 5.1 遥感干旱指数计算 5.1.1 垂直干旱指数 PDI 垂直干旱指数 PDI 的计算公式为: 21 1 1 2 BMB M P . (1) 式中: P 为某时期的垂直干旱指数 PDI ; M 为土壤线斜率,其计算方法参见附录B; 1B 为0.62um0.67um波段的反射率; 2B 为0.84um0.875um波
6、段的反射率。 5.1.2 植被状况指数 VCI 植被状况指数 VCI 的计算公式为: 21 2 100 NN NN V . (2) 式中: V 为某时期的植被状况指数 VCI ; N 为某时期的归一化植被指数NDVI值; 1N 为同期多年的NDVI最大值; 2N 为同期多年的NDVI最小值。 5.1.3 温度植被干旱指数 TVDI 温度植被干旱指数 TVDI 的计算公式为: CbaL CbaL LL LL T 222 111 21 2 100 . (3) 式中: DB63/ 16812018 3 T 为某时期的温度植被干旱指数 TVDI ; L为某时期给定像元的地表温度,单位为K; 1L 为给
7、定NDVI对应的地表温度同期最大值或同期多年平均的最大值,单位为K; 2L 为给定NDVI对应的地表温度同期最小值或同期多年平均的最小值,单位为K; C 为同期或同期多年平均的NDVI; 1a 为干边的截距; 1b 为干边的斜率; 2a 为湿边的截距; 2b 为湿边的斜率。 5.2 土壤重量含水率计算 用上述遥感干旱指数与各地理分区0cm-20cm土壤重量含水率的线性关系模型计算各分区的土壤重 量含水率,按公式(4)执行: bxay . (4) 式中: y 为0cm-20cm土壤重量含水率,单位为百分率(%); x为各地理分区的遥感干旱指数,见表1,计算过程中所使用的参数值参见附录B和附录C;
8、 a、 b 为模型常数,其取值见表1。 表1 各地理分区土壤重量含水率反演的遥感干旱指数及常数 a、 b 取值 分区号 区域名称 遥感干旱指数 a值 b 值 备注 1 柴达木盆地区 / / / / 2 共和盆地区 PDI -44.089 32.958 / 3 可可西里地区 PDI -36.071 23.430 / 4 环青海湖地区 PDI -63.639 34.759 适用于 NDVI0.3 VCI 0.0912 14.292 适用于NDVI0.3 5 祁连山西部地区 PDI -36.071 23.430 / 6 青南的中部地区 VCI 0.0797 14.595 / 7 东部农区 / / /
9、 / 8 祁连山东部地区 TVDI -18.172 40.660 适用于NDVI0.2 9 青南的东南部地区 TVDI -10.762 27.431 / 5.3 监测结果分析 采用百分位法评价各地理分区的土壤墒情状况,分别以2%、5%、 15%、30%和65%作为特旱、重旱、 中旱、轻旱、无旱和偏湿6个土壤墒情等级出现的概率阈值,见表2。据此,可推算出各分区各土壤墒情 等级的0 cm-20 cm土壤重量含水率阈值,见表3。 表2 土壤墒情等级的概率阈值 百分位(P,%) 等级 P2 特旱 2P5 重旱 DB63/ 16812018 4 5P15 中旱 15P30 轻旱 3065 偏湿 表3 各
10、地理分区的土壤墒情等级划分阈值 分区号 特旱 重旱 中旱 轻旱 无旱 偏湿 1 / / / / / / 2 W12 12W13 13W14 14W17 1721 3 W5 5W6 6W8 8W10 1013 4(NDVI0.3) W9 9W10 10W11 11W13 1318 4(NDVI0.3) W10 10W11 11W14 14W17 1722 5 W5 5W6 6W8 8W10 1013 6 W8 8W13 13W15 15W18 1822 7 / / / / / / 8 W18 18W19 19W20 20W23 2327 9 W14 14W16 16W19 19W20 2024
11、注: W为0cm-20cm土壤重量含水率,单位为百分率(%)。 5.4 监测分析流程 监测分析流程如下: 读取按照本文件 4.2 处理后的卫星数据; 按照 5.1 的计算公式,分别计算各点的遥感干旱指数 PDI、VCI、TVDI; 判断各点所属的地理分区; 根据反演模型,按照表 1 给出的各地理分区土壤重量含水率反演模型参数,计算各点的土壤重 量含水率; 按照 5.3 进行土壤墒情分析。见图 1。 DB63/ 16812018 5 图1 高寒草地土壤墒情监测流程图 注:多天合成方法遵守 QX/T188-2013第8 章。 6 夏旱监测示例 夏旱监测示例参见附录D。 DB63/ 16812018
12、 6 A A 附 录 A (规范性附录) 高寒草地地理分区 A.1 地理分区结果 表A.1 地理分区结果表 分区号 代表区域 代表站点 空间范围 1 柴达木盆地区 / 赛什腾山-宗务隆山以南、昆仑山脉以北、青海南山-鄂拉山 以西的地区 2 共和盆地区 兴海 青海南山以南、鄂拉山及其东延余脉以北之间的盆地区 3 可可西里地区 沱沱河 昆仑山脉以南、唐古拉山以北、青藏公路以西的地区 4 环青海湖地区 海晏、刚察和天峻 大通山以南、青海南山以北之间的环湖地区 5 祁连山西部地区 / 托来南山和赛什腾山-宗务隆山之间的地区 6 青南的中部地区 曲麻莱 布尔汗布达山-鄂拉山以南、唐古拉山-巴颜喀拉山以北
13、、青 藏公路以东、阿尼玛卿山以西的地区 7 东部农区 互助、 民和和湟源等 达坂山以南、夏琼山以北、日月山以东的河湟谷地地区 8 祁连山东部地区 祁连、野牛沟 托来南山以东、大通山-达坂山以北的地区 9 青南的东南部地 区 甘德 夏琼山以南的黄南地区、阿尼玛卿山以南的果洛地区、巴颜 喀拉山以南的玉树地区 注1: 分区号按各区常年干旱状况降序排序。 注2: 代表站点指青海省气象局生态环境监测系统的地面站点。 A.2 地理分区范围 DB63/ 16812018 7 图A.1 地理分区范围 DB63/ 16812018 8 B B 附 录 B (资料性附录) 土壤线斜率 M 值的计算方法及各地理分区
14、的土壤线斜率 M 值 B.1 土壤线斜率M值的计算方法 B.1.1 土壤线斜率M值的计算采用最小近红外法(R,NIR min)法,具体为: B.1.2 先取红光反射率在0.1以上的红光和近红外反射率构建 Nir-Red光谱特征空间,以红光反射率步 长0.001为分组间距将光谱特征空间分成若干组; B.1.3 再将各组光谱特征空间中横坐标所对应的纵坐标值最小的点(R,NIR min)挑选出来,作为初始土 壤点集; B.1.4 剔除与平均值偏差超过两倍标准差的点,构成裸土像元点集; B.1.5 最后进行最小二乘拟合,得到土壤线方程,斜率M即为所求土壤线斜率M值。 B.2 各地理分区的土壤线斜率M值
15、。 表B.1 土壤线斜率 M 值表 天数 区域 M 值 天数 区域 M 值 天数 区域 M 值 65 1 1.0614 145 1 1.0559 225 1 0.9590 65 2 1.0197 145 2 0.9094 225 2 0.9590 65 3 1.0037 145 3 1.0014 225 3 1.0021 65 4 0.8896 145 4 0.7159 225 4 0.6391 65 5 1.0096 145 5 1.0136 225 5 1.0136 65 6 0.9669 145 6 0.8985 225 6 0.6771 65 7 1.0230 145 7 0.6554
16、 225 7 0.7274 65 8 0.9043 145 8 0.8023 225 8 0.9254 65 9 0.8523 145 9 0.7868 225 9 0.7583 73 1 1.0623 153 1 1.0313 233 1 1.0304 73 2 1.0335 153 2 0.8546 233 2 0.9775 73 3 1.0010 153 3 1.0103 233 3 1.0126 73 4 0.8438 153 4 0.6154 233 4 0.9362 73 5 1.0174 153 5 0.9918 233 5 0.9963 73 6 0.9502 153 6 0.
17、8553 233 6 0.7224 73 7 1.0111 153 7 0.6197 233 7 0.8111 73 8 0.8882 153 8 0.7179 233 8 0.9066 73 9 0.8325 153 9 0.7755 233 9 0.8968 81 1 1.0712 161 1 0.9773 241 1 1.0427 81 2 1.0081 161 2 0.8132 241 2 0.9674 81 3 1.0005 161 3 0.9972 241 3 0.9976 DB63/ 16812018 9 表 B.1(续) 天数 区域 M 值 天数 区域 M 值 天数 区域 M
18、值 81 4 0.8542 161 4 0.5966 241 4 0.8334 81 5 1.0087 161 5 0.9929 241 5 1.0154 81 6 0.9536 161 6 0.7995 241 6 0.7196 81 7 0.9956 161 7 0.6243 241 7 0.6213 81 8 0.8892 161 8 0.7410 241 8 0.9179 81 9 0.8433 161 9 0.7594 241 9 0.7333 89 1 1.0665 169 1 0.9405 249 1 1.0286 89 2 1.0092 169 2 0.7650 249 2 0
19、.9597 89 3 1.0143 169 3 0.9346 249 3 1.0061 89 4 0.8298 169 4 0.4530 249 4 0.6797 89 5 0.9939 169 5 0.9346 249 5 1.0147 89 6 0.9579 169 6 0.7431 249 6 0.7007 89 7 1.0072 169 7 0.4499 249 7 0.7755 89 8 0.8460 169 8 0.7064 249 8 0.8519 89 9 0.8214 169 9 0.7000 249 9 0.6889 97 1 1.0614 177 1 0.9825 257
20、 1 1.0497 97 2 0.9892 177 2 0.8703 257 2 0.9682 97 3 1.0126 177 3 0.9935 257 3 1.0014 97 4 0.8071 177 4 0.5564 257 4 0.8421 97 5 0.9883 177 5 0.9783 257 5 1.0142 97 6 0.9409 177 6 0.7097 257 6 0.7858 97 7 0.9376 177 7 0.5422 257 7 0.6096 97 8 0.8297 177 8 0.7454 257 8 0.8669 97 9 0.8102 177 9 0.7154
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