一种角度光谱指数及其在干旱监测中的应用

　　下面文章主要研究了一种基于角度的干旱监测光谱指数ABDI，并利用MODIS数据构建了四川南充地区2003-2006年归一化植被指数(NDVI)、归一化水分指数(NDWI)和角度光谱指数(ABDI)这三类光谱指数时间序列，同时结合南充地面气象数据补充分析，比较这三类光谱指数对南充2006年旱情响应情况及在区域监测中时效性，希望这种光谱指数可以在干旱监测中起到重要作用。

　　关键词:ABDI,MODIS,NDVI,NDWI,干旱监测

　　1研究数据及方法

　　1.1研究数据

　　2006年夏季(6～8月)重庆、四川持续高温少雨，两省(市)夏季平均降水量345.9mm，只有常年同期67%，为1951年来历史同期最小值。同时，重庆、四川盛夏(7～8月)平均气温之高也创1951年同期之最。重庆、四川部分地区高温日数持续之长、强度之大，均创下当地有气象记录来历史同期极值。持续高温少雨导致土壤失墒快，伏旱迅速发展加重，本文重点分析南充站周边地区干旱情况，海拔309m，地处四川盆地东部，正位于干旱最严重地区。

　　遥感资料选用美国NASA的8天合成MODIS反射率产品(MOD09A1，500m)，气象数据资料来源自于中国气象科学数据共享服务网，《国际交换站气候资料日值数据集》下载数据为四川南充市气象台站台站，从2003年1月1日至2006年12月31日日平均降水量、日平均相对湿度和日平均气温，结合地面气象数据，分析和评价所建立的新指数角度光谱指数(ABDI)和目前已有的、较常用的归一化植被指数(NDVI)，归一化水分指数(NDWI)这三类指数干旱监测中敏感性和时效性，分析演变规律和特性及其与干旱发生和发展关系。

　　1.2研究方法

　　本文主要研究一种角度光谱指数及其在干旱监测中的应用。根据植被的光谱指数特性，将卫星可见光和近红外波段进行组合，可定义各种植被指数。

　　2数据处理与分析

　　2.1数据处理

　　在本文研究的三种光谱指数中只涉及到RED(红光波段)，NIR(近红外波段)和SWIR(短波红外波段)应用，这三种波段分别对应MOD09A1产品第一通道，第二通道和第六通道。对上述三类指数进行非线性时间序列分析，分析它们演变规律和特征及其与干旱发生发展关系，本文分别选取以南充市区为中心，南充市区西北方郊县，南充市区东南方郊县三个36平方公里。将MOD09A1产品中值除以10000处理后照同样方法得到ABDI在2003-2006年每一年每一个8天合成值，将数据处理后得到三种光谱指数值，用MATLAB软件编程处理得出三种光谱指数时间序列图。

　　2.2数据分析

　　提取2003年1月1日至2006年12月31日日平均降水量用MATLAB软件编程处理得出，降水直接影响旱情，2006年夏季四川盆地云量持续偏少、降水严重不足，本已缺乏正常补给的地表水分又被异常高温强烈蒸发消耗，加之盆地河流上游(四川省西部高原地区)也因降水偏少而补给锐减，导致四川盆地(特别是东部)大范围、长时间严重干旱。

　　伏旱从6月下旬开始，到8月中下旬最严重，九月初开始下雨，旱期长达近三个月。由2006年干旱看，当年7月降水量相比2003-2005年同期降水量明显减少。当旱情发生时，归一化水份指数(NDWI)和角度光谱指数(ABDI)表现较为敏感，两者曲线随干旱增加明显下降，最后趋近于0。

　　而归一化植被指数(NDVI)曲线下降趋势滞后于归一化水份指数(NDWI)和角度光谱指数(ABDI)曲线，能有效反应地表水分含量信息，地表受水分胁迫时，很快指示干旱情况，而归一化植被指数(NDVI)对干旱指示并不灵敏。2006年归一化植被指数(NDVI)趋势较往年有大幅下降，时间上也有明显滞后性，可间接反映旱情。在短期干旱监测中，归一化水分指数(NDWI)和角度光普指数(ABDI)能准确地反映旱情时空变化，能很好反映干旱影响范围，监测效果比归一化植被数值(NDVI)好。以上结果表明，角度光谱指数(ABDI)是一个有效干旱监测指标。

　　3MODIS植被指数数据库

　　MODIS植被指数数据库建立思路:本文研究南充地区2003-2006年MODIS植被指数，且研究南充市区，南充西北方，东南方三个地点。2003-2005年均为正常年份，2006年夏天特大伏旱。将2003-2005年MODIS植被指数求平均计算，平均值能代表南充地区平均水平，以此作为MODIS植被角度光谱指数(ABDI)数据库。

　　4结论与讨论

　　研究表明，角度光谱指数(ABDI)像归一化水分指数(NDWI)一样能有效地提取植被冠层水分含量，与NDVI相比，能更灵敏响应植被受水分胁迫信息，较准确地监测区域旱情时空状况。干旱是一种复杂自然现象，具有随机性、地域性、隐蔽性和不易觉察等特点，给遥感干旱监测带来不确定性。SWIR(短波红外)是水分强吸收带，基于RED(红光)/NIR(近红外)-SWIR(短波红外)角度光谱指数(ABDI)能较好反映地表水份含量。

　　因为土壤反射率随水份增加反射率有增高趋势，但两者形成角度变化不大，但反射率曲线幅度明显大于干燥土壤反射率。所以角度光谱指数(ABDI)是一个有效干旱监测指标，反映土壤水分状况。这次研究只是间接从气象资料角度验证ABDI在提取植被冠层水分上有效性及相比NDVI敏感优势。对于ABDI与作物冠层水分含量相关性研究，特别旱情逐步恶化时，相关变化还需进一步实测研究。

　　参考文献：

　　[1]张文江，陆其峰，高志强.区域地表水热通量遥感的空间不均匀性分析.自然科学进展，2007，17(10).

　　推荐期刊：《光谱学与光谱分析》系中国科学技术协会主管，中国光学学会主办，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、商检等各领域的科学研究单位、高等院校、制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高校有关专业的师生、管理干部。