基于温度植被干旱指数的河南省旱情演化分析
王园园1,2,3，许君一1,2,3，于 臻4，孙祥龙5，李先明6，王永吉7
【摘 要】2014年河南省遭遇自1951年来最严重干旱。针对这一现象，在对目前的干旱监测类型进行简要对比分析的基础上，着重阐述了温度植被干旱指数（TVDI）的基本原理；结合MODIS数据，通过数据处理提取地表温度（LST）和归一化植被指数（NDVI），从而建立NDVI-Ts特征空间。根据干边和湿边的散点图，对特征空间中最低温度和最高温度进行线性拟合，计算出TVDI，最后以TVDI为分级指标进行干旱等级划分，对河南省2014年7月下旬到9月上旬的旱情演化趋势进行分析。 【期刊名称】地理空间信息 【年(卷),期】2017(015)002 【总页数】4
【关键词】干旱监测；地表温度；植被指数；TVDI
目前，国内外许多学者将温度干旱植被指数法有效地应用于遥感干旱监测研究领域[1-5]。很多学者利用河南干旱灾害资料，统计分析了河南旱灾发生的季节、区域及年际变化情况，得出河南干旱灾害的过程具有明显的季节性，而且其灾害可发生在任何时间段。本文将利用MODIS资料，通过建立特征空间，对2014年河南省旱情显著期进行分析。MODIS遥感数据由于自身的特点在大面积、大范围的干旱监测方面具有很大优势。为了减小土壤背景影响，更好地评价研究区域旱情，采用植被指数和地表温度相结合的综合信息进行研究很有必要。
1 传统干旱检测方法对比分析
传统的较为成熟的土壤水分监测方法中，热惯量法虽然计算简单，但由于没有考虑地面蒸散作用，适合植被覆盖较少的区域；植被指数类的监测方法主要有归一化植被指数法（NDVI）、归一化距平植被指数法（AVI）、条件植被指数法（VCI）,它们虽然适合于有较高植被覆盖度的区域，但需要长时间序列的研究数据，且具有滞后性，难以推广；温度类的监测方法有条件温度指数法（TCI）、归一化差值温度指数法（NDTI），它们主要适用于裸土或低植被覆盖度的区域，同植被类监测法类似，也需要长时间序列的遥感监测数据，而且受气候因素影响较大，故需要气象数据作为辅助；植被指数与温度结合类监测方法主要包括条件植被温度指数法（VTCI）、植被供水指数法（VSWI）、温度植被干旱指数法（TVDI），它们的特色是要求监测区地表覆盖从裸土变化到比较稠密的植被覆盖，主要优势是构建的特征空间具有很强的适应性，当然对不同的时间和区域的特征空间指数存在不可对比的问题；微波遥感类能够实现全天时和多极化的工作特性，对土壤表层具有一定的穿透能力，但目前还没有一个成熟的微波遥感反演土壤湿度的算法，而且后向散射系数受土壤水分、植被、地表粗糙度、地形等共同作用，区分较难。还有一种云参数类，可以充分利用云覆盖的遥感数据，无需严格的大气校正和地面参数反演，计算简单，由于没有考虑时空变化的影响，辐射传输模型方法推导复杂，难以大范围推广使用。
本文选取植被指数类与温度结合类法，通过建立NDVI-Ts特征空间，对TVDI分级统计，研究2014年夏季河南省旱情演化趋势。
2 TVDI基本原理与数据预处理
2.1 关于TVDI基本知识
TVDI的定义为TVDI=(Ts?Tmin)/(Tmax?Tmin)，其中，Tmin表示最小地表
温度，对应的是湿边；Tmax为某一NDVI对应的最高温度，即干边；Ts是任意像元的地表温度，如图1。
图2 中Ts-NDVI 的散点图边界由裸土、全植被覆盖、饱和含水、最少含水量4种极限情况而定。特征空间4个顶点就分别代表4种极限状态：A 点为干燥裸土；B 为湿润裸露土壤；C点代表湿润密闭植被冠层，点D 代表干旱密闭冠层。从A到B土壤含水量增加，由于水分蒸发，地面温度降低；从D到C，土壤含水量增加，蒸腾作用增加，地表温度降低。沿BC方向，随着NDVI值增加，在AD边上最高地面温度下降。AD边代表最干的情况下对应于地表覆盖及天气状况的地表温度的极高值，称为干边；BC边表示的是土壤水分极其充足的状况，称为湿边[4]。事实上，大多数干湿边的点并不在一条直线上，而是呈分段特征[5]。 2.2 研究区概况
河南位于北纬31°23'～36°22'，东经110°21'～116°39'，位于我国半湿润半干旱过渡带地区，气候主要为温带季风气候，较为温和，具有明显的过渡特征。南北方气候差异较大，山地和平原气候差异也较为明显。 2.3 数据选取与处理
美国国家航空与航天局（NASA）向全球提供的MODIS数据由于其自身独特的特点而优于NOAAAVHRR卫星，实验数据选用MOD11A2（1 km地表温度、发射率8 d合成L3产品）、MOD13A2（1 km分辨率植被指数16 d合成产品）。选取河南旱情显著的第209 d、第225 d、第241 d、第257 d数据进行分析。数据下载后利用MODIS 产品数据处理软件HDF Explorer ,读出两种数据各自的转换参数（scale factor）和转换方程,然后调用ENVI band math
基于温度植被干旱指数的河南省旱情演化分析
