黑龍江省雹災(zāi)遙感監(jiān)測及時(shí)空特征分析.pdf

1、近年來，隨著氣候和環(huán)境變化的日益加劇，旱災(zāi)、澇災(zāi)、雹災(zāi)、風(fēng)災(zāi)等等各種農(nóng)業(yè)災(zāi)害的發(fā)生也日益頻繁，每年因農(nóng)業(yè)災(zāi)害帶來的損失巨大，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全、自然生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。黑龍江省是我國農(nóng)業(yè)大省，也是國家重要的商品糧基地，但同時(shí)也是農(nóng)業(yè)災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)，雹災(zāi)是該省主要農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一，近年來，黑龍江省雹災(zāi)的發(fā)生和危害出現(xiàn)加重的趨勢，對該省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了重大影響。因此，研究科學(xué)合理有效的雹災(zāi)監(jiān)測方法，分析黑龍江省雹災(zāi)時(shí)空特

2、征演變及其發(fā)展趨勢，不但有利于災(zāi)害預(yù)警、抗災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)損評估工作的順利開展，也對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)有重大意義。
　　傳統(tǒng)的雹災(zāi)監(jiān)測方法主要是以田間實(shí)地調(diào)查和采樣為主，在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)代表性和成本上存在諸多不足，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且預(yù)報(bào)滯后，不能達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的災(zāi)害監(jiān)測，更難以進(jìn)行大范圍的災(zāi)害監(jiān)測。遙感技術(shù)憑借其監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低、易獲取，且能夠進(jìn)行雹災(zāi)長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代了傳統(tǒng)的雹災(zāi)監(jiān)測方法成為獲取雹災(zāi)時(shí)空分布信息的

3、有效手段。中分辨率成像光譜儀(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS)數(shù)據(jù)以高光譜分辨率、較高的時(shí)間分辨率、適中的空間分辨率、覆蓋范圍廣，且可以免費(fèi)獲得的突出優(yōu)勢，成為最好的大范圍快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測的數(shù)據(jù)源。
　　本研究利用連續(xù)多時(shí)相16d合成250m空間分辨率的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品進(jìn)行雹災(zāi)監(jiān)測。首先，探討了雹災(zāi)遙感監(jiān)測的理論基礎(chǔ)和原理;接著，依據(jù)各地類時(shí)間序

4、列特征的不同提取耕地范圍;然后，提出歸一化植被指數(shù)中值標(biāo)準(zhǔn)化(RNDVI M)模型，基于RNDVI M數(shù)值的空間變化規(guī)律確定災(zāi)害的判別閾值，提取災(zāi)害范圍，并基于同期或準(zhǔn)同期的HJ-1A/1BCCD影像與地面實(shí)測數(shù)據(jù)對提取結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證;最后依據(jù)景觀指數(shù)的差異提取出雹災(zāi)，并分析雹災(zāi)的時(shí)空格局特征及成因。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)利用最大似然法(MLC)提取耕地范圍精度高。基于黑龍江省2012年16d合成250m空間分辨率的M

5、ODIS植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，采用最大似然法提取耕地范圍。利用混淆矩陣對總體分類精度和耕地提取結(jié)果精度進(jìn)行精度評價(jià)，分類結(jié)果的總體精度為92.00％，Kappa系數(shù)為0.69，分類精度較高;耕地提取的用戶精度和制圖精度分別達(dá)96.60％、95.30％，耕地提取效果好。
　　(2)采用RNDVI M模型提取農(nóng)業(yè)災(zāi)害范圍結(jié)果理想。利用黑龍江省2006～2012年250m空間分辨率的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品，提出NDVI中值標(biāo)準(zhǔn)化（RND

6、VI M）模型，設(shè)置閾值提取災(zāi)害范圍，并基于較高空間分辨率的與MODIS數(shù)據(jù)日期接近的HJ-1A/1B CCD影像來檢驗(yàn)MODIS數(shù)據(jù)提取的災(zāi)害面積的精度，在22次檢驗(yàn)的結(jié)果中，平均相對誤差為17.11％，驗(yàn)證精度達(dá)82.89％，精度達(dá)到了理想的基于MODIS數(shù)據(jù)的災(zāi)害范圍提取結(jié)果。結(jié)果表明，基于災(zāi)害RNDVI M數(shù)值空間分布規(guī)律確定閾值的方法客觀準(zhǔn)確，利用RNDVI M閾值法進(jìn)行區(qū)域尺度農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測是可行的。
　　(3)利用景觀

7、指數(shù)能有效地區(qū)別出雹災(zāi)與其他災(zāi)害類型。依據(jù)雹災(zāi)與其他農(nóng)業(yè)災(zāi)害景觀指數(shù)的區(qū)別，設(shè)置斑塊面積、周長和形狀指數(shù)閾值剔除其他災(zāi)害，提取出雹災(zāi)。與統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，提取精度達(dá)89.06％;在22個(gè)已知災(zāi)害中，提取出了10個(gè)雹災(zāi)的中的8個(gè)，12個(gè)非雹災(zāi)類型有2個(gè)被劃分為雹災(zāi)，正確區(qū)分率為81.82％，雹災(zāi)提取精度較高。
　　(4)利用MODIS數(shù)據(jù)提取的雹災(zāi)時(shí)空分布情況與歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)吻合度高。根據(jù)提取的雹災(zāi)范圍，分別在時(shí)間上和空間上對黑龍

8、江省2012年雹災(zāi)分布進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，黑龍江省2012年雹災(zāi)在時(shí)間上主要發(fā)生于6月和7月上半月，在空間上主要分布于佳木斯、雙鴨山、雞西、牡丹江、黑河、齊齊哈爾和綏化等7個(gè)城市，這與歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大致相符合。
　　結(jié)果表明，利用16d合成250m空間分辨率的MODIS植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，基于RNDVI M模型進(jìn)行區(qū)域尺度災(zāi)害時(shí)空特征提取精度較高，依據(jù)景觀指數(shù)的差別提取雹災(zāi)范圍具有較高精度，可用于雹災(zāi)監(jiān)測與評價(jià)，為雹災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)提