荒漠化露天矿土壤湿度监测模型的构建——以红沙泉矿区为例

土壤湿度作为表征矿区地表环境的重要指标,准确监测荒漠化露天矿的土壤湿度对矿区生态保护和可持续发展具有关键作用。以典型荒漠化露天矿区-准东红沙泉矿区及周边区域为研究对象,基于Landsat 8 OLI影像,利用基于植被信息的归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、条件植被指数VCI,基于热红外波段的表观热惯量ATI和条件温度指数TCI以及基于反射率特征空间的垂直干旱指数PDI、土壤湿度监测指数SMMI反演红沙泉矿区的土壤湿度,结合实测土壤湿度数据验证得知上述指数的反演结果与实测样点的土壤湿度不符,即传统的土壤湿度指数不能单独作为研究区土壤湿度的指数因子。鉴于以上指数存在的不足和研究区特殊的生态环境,提出新裸岩石砾地指数NGLI,并结合SMMI、NGLI和NDVI通过线性加权构建一种适用于荒漠化露天矿区的土壤湿度模型NMSMI,最后评估其精度和适用性。结果表明:①构建的裸岩石砾地指数NGLI能够有效提取研究区裸岩石砾地和露天采坑的土壤湿度,NGLI与实测土壤湿度呈显著负相关(R^(2)=0.245,P<0.01),验证点的均方根误差RMSE为0.009;②基于熵权法和线性加权法,利用SMMI、NDVI、NGLI三种指数构建新型修正土壤湿度监测指数NMSMI,经验证NMSMI与实测土壤湿度呈显著负相关(R^(2)=0.517,P<0.01),验证点的均方根误差RMSE为0.004,且反演结果在空间分布上与实测土壤湿度相符。通过实测数据与各传统指数及NMSMI指数的对比与验证,说明NMSMI指数适用于特殊荒漠化露天矿区的土壤湿度监测。

关中平原干旱遥感监测指数对比和应用研究

采用2000-2016年5月份MODIS数据,构建NIR-Red特征空间,对比分析基于该特征空间的垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI)、改进型垂直干旱指数(Modified Perpendicular Drought Index,MPDI)、土壤湿度监测指数(Soil Moisture Monitoring Index,SMMI)及改进型土壤湿度监测指数(Modified Soil Moisture Monitoring Index,MSMMI)这四种干旱监测指数的有效性,并与实测土壤湿度进行相关性分析;最后采用精度最高的SMMI分析关中平原的旱情时空分布特征和规律。结果表明:(1) PDI、MPDI、SMMI及MSMMI均与10cm深土壤湿度存在负相关关系,可决系数R2分别为0.60、0.40、0.64、0.40,表明PDI、MPDI、SMMI及MSMMI均可作为旱情监测指标,且SMMI略优于其它三种监测指数;(2)关中平原东部、中部、西部部分地区旱情严重,西南部地区旱情较轻,且旱情呈年际波动显著的特征;(3) SMMI与月平均气温呈正相关关系区域占75.66%,与月降水量呈负相关关系区域占74.34%,其中通过90%显著性检验区域分别占总面积的27.36%、17.26%,说明降雨和温度不是导致旱情变化的主要影响因子。

基于SMMI的红碱淖湖区面积遥感分析

红碱淖是我国最大的沙漠淡水湖,在当地气候的调节、水资源的平衡及生物多样性的保持等方面发挥着非常重要的作用。以2000~2014年MODIS陆地植被数据产品MOD13Q1为数据源,在提取NIR和Red波段反射率的基础上,利用土壤湿度监测指数(SMMI)提取红碱淖年内和年际面积数据,并对其15 a间变化趋势进行分析。结果表明:红碱淖面积年内变化规律为每年4月开始缓慢增大,至7月~8月间达到最大,而后逐渐减小;红碱淖湖区面积总体呈线性减少趋势(R^2=0.884 7),由2000年的49.63 km^2减小到2014年的31.88 km^2,变化率为36%,平均缩减速度为1.18 km^2/a。相比较气象因子而言,人类活动是影响红碱淖面积变化的主要因素。