DB1681-2018高寒草地土壤墒情遥感监测规范

ICS07.060A47

DB63青 海 省 地 方 标 准DB63/T1681—2018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DB63/1681DB63/1681—2018PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1遥感数据要求 1遥感监测方法 2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 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）2016年曲麻莱夏旱监测示例 13参考文献 14前 言本标准按照GB/T1.1-2009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。DB63/1681DB63/1681—2018PAGEPAGE8高寒草地土壤墒情遥感监测规范范围的土壤墒情分析方法及技术流程。务和科研等相关工作。规范性引用文件件。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/T188-2013卫星遥感植被监测技术导则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（或植被冠层水分数等。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，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。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。遥感监测方法遥感干旱指数计算PDI垂直干旱指数PDI的计算公式为：M21M21

MB2 (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；B1为0.62um～0.67um波段的反射率；B2为0.84um～0.875um波段的反射率。植被状况指数VCI植被状况指数VCI的计算公式为：式中：

V100

NN2N1N

(2)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；N1为同期多年的NDVI最大值；N2为同期多年的NDVI最小值。温度植被干旱指数TVDI温度植被干旱指数TVDI的计算公式为：T100

LL2L1L2式中：

L1a1b1CL2a2b2

(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；L1为给定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；L2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；a1为干边的截距；b1为干边的斜率；a2为湿边的截距；b2为湿边的斜率。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：yaxb

(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；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-44.08932.958/3可可西里地区PDI-36.07123.430/4环青海湖地区PDI-63.63934.759适用于NDVI<0.3VCI0.091214.292适用于NDVI≥0.35祁连山西部地区PDI-36.07123.430/6青南的中部地区VCI0.079714.595/7东部农区////8祁连山东部地区TVDI-18.17240.660适用于NDVI≥0.29青南的东南部地区TVDI-10.76227.431/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、62等级的0cm-20cm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P≤2特旱2<P≤5重旱5<P≤15中旱15<P≤30轻旱30<P≤65无旱P>65偏湿表3各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//////2W≤1212<W≤1313<W≤1414<W≤1717<W≤21W>213W≤55<W≤66<W≤88<W≤1010<W≤13W>134(NDVI<0.3)W≤99<W≤1010<W≤1111<W≤1313<W≤18W>184(NDVI≧0.3)W≤1010<W≤1111<W≤1414<W≤1717<W≤22W>225W≤55<W≤66<W≤88<W≤1010<W≤13W>136W≤88<W≤1313<W≤1515<W≤1818<W≤22W>227//////8W≤1818<W≤1919<W≤2020<W≤2323<W≤27W>279W≤1414<W≤1616<W≤1919<W≤2020<W≤24W>24注：W为0cm-20cm土壤重量含水率，单位为百分率（%）。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；1量含水率；——按照5.3进行土壤墒情分析。见图1。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。夏旱监测示例夏旱监测示例参见附录D。附录A（规范性附录）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、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。地理分区范围图A.1地理分区范围附录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值土壤线斜率M值的计算方法土壤线斜率M值的计算采用最小近红外法——（R,NIRmin）法，具体为：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；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；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。各地理分区的土壤线斜率M值。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6511.061414511.055922510.95906521.019714520.909422520.95906531.003714531.001422531.00216540.889614540.715922540.63916551.009614551.013622551.01366560.966914560.898522560.67716571.023014570.655422570.72746580.904314580.802322580.92546590.852314590.786822590.75837311.062315311.031323311.03047321.033515320.854623320.97757331.001015331.010323331.01267340.843815340.615423340.93627351.017415350.991823350.99637360.950215360.855323360.72247371.011115370.619723370.81117380.888215380.717923380.90667390.832515390.775523390.89688111.071216110.977324111.04278121.008116120.813224120.96748131.000516130.997224130.9976DB63/1681—DB63/1681—2018B.1（续）PAGEPAGE10天数区域M值天数区域M值天数区域M值8140.854216140.596624140.83348151.008716150.992924151.01548160.953616160.799524160.71968170.995616170.624324170.62138180.889216180.741024180.91798190.843316190.759424190.73338911.066516910.940524911.02868921.009216920.765024920.95978931.014316930.934624931.00618940.829816940.453024940.67978950.993916950.934624951.01478960.957916960.743124960.70078971.007216970.449924970.77558980.846016980.706424980.85198990.821416990.700024990.68899711.061417710.982525711.04979720.989217720.870325720.96829731.012617730.993525731.00149740.807117740.556425740.84219750.988317750.978325751.01429760.940917760.709725760.78589770.937617770.542225770.60969780.829717780.745425780.86699790.810217790.715425790.819010511.058518510.905726511.059010521.000018520.781626520.950410531.004418531.004326530.978210540.821518540.405426540.773410551.002818550.899926551.006910560.916518560.701226560.832410570.957318570.549426570.671510580.830118580.751126580.857410590.794218590.683926590.803511311.061019310.914427311.059311320.974119320.828727320.963611331.002219331.013227330.998111340.807219340.430527340.804711350.994319350.976927350.991411360.941219360.622327360.8547天数区域M值天数区域M值天数区域M值11370.881919370.575027370.647611380.806619380.804027380.862311390.814719390.740827390.865012111.052220110.892828111.061412120.942320120.932228120.943312131.006120131.034828131.023612140.825920140.641328140.807112151.003720151.020628151.007112160.966320160.635828160.881012170.906520170.738828170.774312180.808220180.924328180.892812190.769520190.714328190.867512911.058020910.956628911.068512920.914620920.877428920.956012931.016620931.018228931.038612940.799120940.663228940.814912951.011720951.047028951.010512960.953220960.627028960.915012970.884420970.745528970.805112980.819820980.824628980.879112990.791520990.688128990.848813711.043621711.037629711.067313720.911021720.932329720.990713731.031121731.015429731.042613740.764121740.715029740.920713751.036821751.032729751.039013760.961021760.586129760.964413770.769121770.647729770.895013780.792721780.946329780.910413790.802821790.797029790.8344注：表中M值随所使用的数据时间跨度而变化，表中数值由MOD09A1各天数的2001-2010年平均NDVI数据计算得到。DB63/1681DB63/1681—2018PAGEPAGE14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祁连山东部地区的干湿边系数表C.1祁连山东部地区的干湿边系数表天数干边系数a1干边系数b1湿边系数a2湿边系数b265-2390.4915148.30372.9613622.3073-2529.3915252.50590.5513653.3081-2049.5115168.101333.0513394.7089-2161.3515369.10904.8213744.9097-2030.2915367.301042.8013704.70105-2012.2315472.701171.4513758.10113-2216.4515603.601037.0913806.00121-2275.1115892.20822.7014004.20129-2181.6215899.401401.6413758.50137-1858.8015895.201050.1313923.50145-1429.8515720.70942.0013893.40153-1260.9815783.40601.2214162.00161-1047.1315705.60513.3614170.50169-619.4215516.00700.6213943.30177-732.5415600.10394.0114208.70185-340.4015342.90620.6414117.10193-536.7015498.30389.3314280.90201-595.6815487.00103.4814512.00209-692.4115598.30240.2014394.60217-554.9715485.90116.3314396.40225-627.6015425.60127.4414390.60233-445.3515242.40253.9614259.50241-570.8515279.10255.0714141.10249-628.4015246.10304.8114098.70257-743.1415242.60587.7113959.00265-513.1615048.30741.4613824.60273-505.7314885.90638.6013711.20281-994.1114996.70932.8313597.00289-1219.0414989.20786.6513612.90297-1239.1514826.40930.9713386.60青南的东南部地区的干湿边系数表C.2青南的东南部地区的干湿边系数表天数干边系数a1干边系数b1湿边系数a2湿边系数b265-2358.8815408.40651.1813698.5073-2626.2615607.70502.4313868.1081-2730.4815657.30843.8713681.0089-2754.7515817.20976.8913791.6097-2722.3215804.70867.0213826.40105-2411.2815879.70857.6214056.50113-3180.8816202.901060.0913869.10121-2744.7416192.901617.2913778.10129-2793.0616309.601871.5513564.90137-2092.8016026.501694.1013621.60145-1987.9516158.202664.6112933.80153-1421.7315987.201603.5913227.20161-753.1215643.601345.8513707.20169-412.7915541.70815.7713880.60177-694.6915658.70668.7313961.00185-278.1615489.40522.7014074.20193-43.0215284.90145.4714173.50201-212.0015380.50111.9114277.60209-278.1615477.10521.9113943.20217177.0515348.50238.9014028.902255.9615272.10339.3014115.10233-80.6415209.10546.8413645.902416.3015070.40772.9313620.40249-72.9315179.30347.3214069.40257-412.5815235.00505.9414017.10265-375.1415145.50890.0513796.10273-579.2815104.90958.4213619.70281-548.8415003.401072.8013518.10289-1497.3415222.301160.2813372.90297-1648.0215133.301245.5513272.40注1：C.1C.2MOD09A1、MOD11A22001-2010年平均数据计算得到；注2：LST数据缩放因子为10，NDVI数据缩放因子为1。附录D（资料性附录）2016年曲麻莱夏旱监测示例数据处理数据格式和投影转换EOS/MODIS产品为NASA数据中心提供的2001-2016年MODIS陆地产品系列中的MOD09A1，即全球500m分辨率8d合成的NDVINASA数据中心提供的专门软件Reprojection把MOD09A1HDFNDVISinusoidal方式转换为WGS84/Albers（双标准纬线：25ºN、47ºN，中心点经纬度96ºN、36ºE）。数据质量控制软件处理下载数据的第8unpack_sds_bits.exe对压缩cp_proj_param.exeMRT软件处理成所需要的地图投影和文件格式，最后得到NDVI数据在像元层次上的质量和可用性描述。剔除。土壤重量含水率生成利用最小值合成方法生成逐像元点上的2001年-2010年NDVI最小值，利用最大值合成方法生成逐像元点上的2001年-2010年NDVIVCIVCI模型计算0cm-20cm土壤重量含水率。土壤墒情分析利用表1中分区号615