遥感干旱等灾害监测
地理信息工程系 2020年11月13日星期五
干旱及监测
干旱是一种潜在的自然现象，它的发生过程复杂，通常 表现为一种缓慢的自然灾害。干旱发生于全球所有的气 候带，但其在不同气候带的表现形式不同，因而导致了 至今还没有一个适用于任何条件下的定义。 干旱的定义划分为4种基本的定义类型，即气象干旱、 农业干旱、水文干旱和社会经济干旱。
GPS点位数据
地面实测土壤水数据
探讨后向散射系数与土壤水之间关系
土壤水分监测流程图
15
试验数据简介
研究区概况 试验区位于北京市昌平、顺义和通县三个区。地处东 经115º58´－116º50´北纬39º30´－40º33´，海拔高度在30－60米。区 内主要土地类型有农田、林地、果园及水体等，农田的主要类型有 小麦地、苜蓿地和裸地。研究区农田地势平坦，起伏较小。 卫星数据概况 采用的雷达数据为ENVISAT-ASAR。卫星轨道高度 为800公里，过境周期为35天。根据试验目的选择了分辨率为30米、 极化方式为HH/VV、观测角为IS7(42.5°～ 45.2°)的Alternating Polarisation工作模式 地面试验 安排在3月24日上午，冬小麦正处于返青初期，覆盖度较 低，大约为0.2左右。试验内容包括土壤含水量测量、小麦覆盖度测 量及测点GPS定位、数字照片的拍摄。试验时天气晴朗，获取的数 据精度较高。
式中
LSTNDV.m Ii axabNDVi I LSTNDV.m Ii ina'b'NDVi I
干旱监测（植被指数-地表温度）
条件植被温度指数（VTCI）
物 理 意 义
干旱监测
VTCI：多时段
对比分析
2005年
AVI TCI
VCI VTCI
微波遥感土壤水分监测
12
雷达土壤水探测的物理机理
水的介电常数和干土介电
ND L T S IL TS LT SL T0 S T
干旱监测（植被指数-地表温度结合）
条件植被温度指数（Vegetation Temperature Condition Index, VTCI） （王鹏 新等，2001，……，2007，……）
VT CL I SNT D.m VaI ixLSNT DVIi LSNT D.m VaI ixLSNT D.m ViIni
17
Hale Waihona Puke 数据介绍18ASAR数据预处理
1）滤波处理
使用gamma滤波对影像进行滤波处理
雷达遥感数据有别于光学遥感数据的一个重要特征是影像 上存在着更明显的斑点噪声，其主要表现为图像灰度的剧 烈变化, 即在同一片均匀区域, 有的分辨单元呈亮点, 而 有的单元呈暗点。斑点噪声 降低了图像的空间分辨率和信 噪比, 严重影响图像的判读性和可解译性, 甚至可能导致 地物特征的消失。因此，斑点噪声的消除对ASAR 图像的应 用是十分重要的。由于Gamma自适应滤波同时考虑了斑点的 特点和地物目标散射特征的统计规律，在平滑斑点的同时 能很好保持图像纹理
从农业生产考虑，干旱是在水分胁迫下，作物及其生 存环境相互作用构成的一种旱生生态环境。
应用遥感技术监测干旱则属于面上的监测，并 且充分地利用了地物表面的光谱、时间、空间 和方向信息。
干旱监测理论基础
由于从植被指数反演出的地表绿度与植物的生长状态及 其密度密切相关，因此，被植指数可用于监测对作物生 长不利的环境条件，尤其是对在干旱环境的监测。
常数有很大的差别，水的介 电常数大约为80，而干土介 电常数仅为3左右。一般土壤 可以看成是水和干土的混合， 因而土壤的介电常数会随着 土壤含水量的增大而增大。 并且，电磁波散射模型已表 明雷达回波的后向散射系数 直接受土壤介电常数的影响。 这就构成了微波遥感探测土 壤湿度的物理基础。
土壤水分 土壤介电常数 雷达后向散射系数
TCI Bm Tax BiT100 Bm Tax Bm Tin
VCI的缺点是未考虑白天的气象条件如净辐射、风速、湿度等对热红外 遥感的影响及土地表面温度的季节性变化 。
干旱监测 （地表温度）
归一化温度指数（Normalized Difference Temperature Index, NDTI） McVicar等（1992）
干旱监测理论基础
植物冠层温度升高是植物受到水分胁迫和干旱发生的最初 表征。因此，土地表面温度可用于干旱监测。
干旱监测（植被指数）
距平植被指数（Anomaly Vegetation Index, AVI） 分析NDVI的变化与短期的气候变化之间的关系
AVINDVi INDVI
AVI作为监测干旱的一种方法，它以某一地点某一时期 多年的NDVI平均值为背景值，用当年该时期的NDVI值减 去背景值，即可计算出AVI的变化范围，即NDVI的正、 负距平值。正距平反映植被生长较一般年份好，负距平 表示植被生长较一般年份差。一般而言，距平植被指数 为-0.1~-0.2表示旱情出现，-0.3~-0.6表示旱情严重。
干旱监测（植被指数）
条件植被指数（Vegetation Condition Index，VCI）
VCINDi VNIDmV inI100 NDmV axN I DmV in I
干旱监测（地表温度）
条件温度指数（Temperature Condition Index, TCI） 强调了温度与植物生长的关系，即高温对植物生长不利（Kogan，1995）
16
采用的雷达数据介绍
EnviSat-1卫星是欧空局对地观测卫星系列之一，于2002年3月 1日发射升空。卫星轨道高度为800公里，过境周期为35天。 ASAR是EnviSat-1上最重要的一个传感器，其目的是用SAR进行 对地观测，提供有关海浪、海冰范围及运动情况、陆地冰雪 的分布范围、地表地形及陆地表面特征、土壤湿度及湿地范 围等观测信息。ASAR工作在C波段，可为每个轨道连续获取30 分钟图像。ASAR传感器于2004年3月23日当地时间22点16分对 试验区进行扫描成像，获取的图像幅宽为56Km，长度为112Km， 覆盖了研究区的三个县（如图）。
13
雷达土壤水探测的优势
（1）雷达土壤水探测的优势主要体现在微波 遥感不受光照、云雾等天气条件的影响，具有 全天时、全天候工作的特点。 （2）特别是长波段微波能够穿透植被，并对 土壤具有一定的穿透能力。
14
ASAR数据处理与土壤水分监测
数据预处理 gamma滤波 后向散射系数的计算
几何纠正
后向散射