草地植被指数季节变化的遥感动态监测研究

—ＤｅｓｅｒｔａｔｔｄＯａｓ—ｉｓＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ面军ｉ肖一ｊＩ｜１嘲院论文沙漠与绿洲气象第ｌ卷第３期草地植被指数季节变化的遥感动态监测研究李聪１，曹占洲１，李良序２，肖继东１，石玉１（１新疆气候中心．新疆鸟鲁木齐８３０００２；２．陕西省气象局。

陕西西簧７１０００３）摘要：利用ＥＯｓ／ＭＯＤＩＳ卫星遥感数据，针对ＭＯＤＩＳ的应用特点，借鉴国内外基于遥感手段监测植被的方法以及植被指数的研究进展，探讨了草地变化动态监测的方式和方法。

以鸟鲁禾齐地区为研究对象，用植被指教最大合成法，合成了该地区２００４年４月至１０月每个月的最大植被指数图。

同时，利用每月合成的最大植被指数图，以乌鲁木齐南郊天山中段北坡的草地为典型研究区，通过典型区野外宴地采样得到与ＭＯＤＩＳ影像资料时相一致的草地地上生物量数据，并利用ＥＮＶＩ软件提取出典型区各样点的植被指数值，分析了遥感植被指数与植被生物量的相关关系，从而建立起了植被指数在草甸和草原不同季节的生物量估测模型。

关键词：ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ；植被指数；动态监测；最大合成中图分类号：Ｐ４０７．８文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—０７９９（２００７】０３—００２６—０４ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＤｙｎａｍｉｃＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎＧｒａｓｓｌａｎｄＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘＳｅａｓｏｎａｌＶａｒｉａｔｉｏｎＬ１Ｃｏｎ９１，ＣＡＯＺｈａｎ－ｚｈｏｕｌ，ＬＩＬｉａｎｇ—ＸＵ２，ＸＩＡＯＪｉ－ｄｏｎ９１，ＳＨＩＹＵｌ（１．ＸｉｎｊｉａｎｇＣｌｉｍａｔｅＣｅｎｔｅｒ，Ｕｉｎｍｌｑｉ８３０００２，Ｃｈｉｎａ；２ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕｏｆＳｈａｎｘｉ，Ｘｉ’ａｎ７１０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｊＩｈｉｓｔｅｘｔｍａｋｅｕｓｅｏｆｔｈｅｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＥＯＳ｜ＭＯＤＩＳｓａｔｅｌｌｉｔｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａ．ａｉｍｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎＭＯＤＩＳ．ｕｓｅｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｅｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｒｍｎｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇｔｈｅｗａｙａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｖａｒｉｅｔｙｄｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ＲｅｇａｒｄａｒｅａｏｆＵｒｕｍｑｉａ．ｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｕｓｅｔｈｅＭＶＣｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ．ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍｏｎｔｈｌｙｆｒｏｍＡｐｒｉｌｏｆ２００４ｔｏＯｃｔｏｂｅｒｏｎｔｈｉｓａｒｅａ．ＡｔｔｈｅｓａｍｅＬｉｍｅ，ｒｅｇａｒｄｇｒａｓｓｌａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｍａｐｏｆｔｈｅｎｏａｈｓｌｏｐｅｏｆＴｉａｎｓｈａｎＭｍｍｔａｉｎｍｉｄｓｅｃｔｉｏｎａｔｓｏｕｔｈｓｕｂｕｒｂｏｆＵｍｍｑｉａｓｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｔｈｅｓｐｏｔ，ｇｅｔｔｉｎｇｔｈｅｈｉｏｍａｓｓｄａｔａｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇａｒｅａ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｏｎｔｈａｔｅｍｎｐａｔｉｂｌｅｗｉｔｈｔｈｅＭＯＤＩＳｉｍａｇｉｎｇｄａｔｕｍ．ＡｎｄｕｔｉｌｉｚｅＥＮＶＩｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｄｒａｗｏｕｔｔｈｅｔｙｐｉｃａｌａｒｅａｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｖａｌｕｅａｔｖａｒｉｏｕｓｓｐｏｔ．ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｂｉｏｍａｓｓ，ｔｈｕｓｓｅｔｕｐｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅｍｏｄｅｌｏｆｂｉｏｍａｓｓｆｏｒｉｎｍｅａｄｏｗａｎｄｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｏｎｓ．ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ；ｄｙｎａｍｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＭＶＣ收稿日期：２００６—０３０３基金项目：新疆气象局环境气象中心“吐兽番葡萄种植而积遥感综合澜查”和“３ｓ技术支持下的新疆融雪洪水预警决策虫持系统”项目资助。

作者简介：李聪（１９７８一），女，工程师，主耍从事遥感数据处理、监坝ｆ稀砰充工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｉｉｃｏｒｌ９３４７５＠１２６ｔｏｍ万方数据李聪等：草地植被指数季节变化的遥感动态监测研究草地是陆地生态系统的重要组成部分，在生态环境中起着举足轻重的作用。

它有助于调节气候、净化空气、防风固沙、保持士壤水分和肥力，减少水土流失，促进生态平衡。

同时，草地资源还是发展畜牧、世的物质基础。

但是草地又是比较脆弱的牛态系统，受自然条件和人类的影响比较敏感，草地的利用是否科学合理，是生态环境保护与畜牧、【ｋ可持续发展的焦点。

它的覆盖度和长势是反映生态环境质量和评估生态环境的主要标准，是自然和人类对牛态环境共同影响的重要结果。

新疆处于中国西部干旱区，其天然草地资源丰富，面积辽阔，是重要的可更新资源，但是草地畜牧业饲草生产存在季节问的不平衡，直接影响草畜矛盾。

因此，及时准确地了解草地植物生物量的时空配置状况，掌握草地季节变化规律，是草地资源管理的重要课题，同时也对不同季节草地植物的生长状况，确定合理载畜量，加强草地的科学管理具有重要的实用价值。

草地变化雌测足指对同一研究区进行的反复观测以确定草地资源的变化。

草地状况并不是一成不变的，相反，它会随自然及人为凶素而变化，降雨、气温及放牧都会对草地产生影响。

监测这样的变化并及时调整草地管理策略对草地资源的保护及合理利用意义深远。

ＭｃＣｌｏｙ和Ｈａｌｌ断言”】，遥感方法可运用于草地的实际监测。

遥感科学技术的形成与发展，以及与全球定位系统等地理信息系统科学的融合、渗透和统一，形成了新型的对地观测系统，为草地科学研究提供了全新的科学力’法和技术手段，导致了草地科学的研究范俐、内容和方法『均重要变化，标志着草地科学信息获取和分析处理方法的一场革命和草地遥感信息科学的诞牛成为可能。

在遥感应用领域，植被指数已被广泛用来定性和定量评价植被覆盖及其生长活力。

而传统监测手段主要以地面雌测为主，缺乏动态惟、全局性，以及监测周期过长，说服力不强。

所以利用遥感技术，建立绿度值，以电磁波理论和草地生物学、生态学为原理，借助计算机系统和地理信息系统，在不破坏草地前提下，对草地资源做出评估，动态监测和科学管理，其生产意义和社会经济效益是不言而喻的。

ＮＤＶＩ（ＮｏｒｍａｌｌｉｚｅｄＤｉｆｆｅｒｅｎｔＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）是公认的表征植被变化的有效参数它包含有植被覆盖的有用信息，凶此，不少学者从不同角度对气候因子与ＮＤＶＩ之间的关系，敏感性及其变化进行研究，并探讨这种关系产生的机制机理及其生态龇垆目。

ＭＯＤＩＳ适当的时空分辨率可以较好地反映草地植被的时空变化特征。

ＭＯＤＩＳ空间分辨率为２５（ｈｎ、５００ｍ和ｌｋｍ，其Ｉ¨用于计算ＮＤＶＩ（归一化植被指数）的ｌ、２波段为２５０ｍ，用于计算ＥＶＩ（增强型植被指数）的第１、２、３波段最低为５００ｍ，这样的空间分辨率，比以往研究常用的１．１ｋｍ分辨率的ＡｖＨＲＲ”嗡＆更详尽地反映草地的空问差异。

ＭＯＤＩＳ每天覆盖３～４次，时间分辨率足以满足实时反映草地变化的要求。

ＭＯＤＩＳ植被指数包括ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ和ＭＯＤＩＳ—ＥｖＩ，本文选用比较成熟的ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ。

ＭＯＤＩＳ—ＮＤＶＩ比ＡＶＨＲＲ—ＮＤＶＩ先进之处在于：输入的ＲＥＤ和ＮＩＲ是已经过大气校正的地表反射值，而且波幅更窄，避免了ＮＩＲ区水汽吸收问题，ＭＯＤＩＳ不仅在发射前做了定标，而且在运行过程中可不断修正偏差，这使它在整体七比ＡＶＨＲＲ性能稳定。

因此，利用ＭＯＤＩＳ数据定期地对ＮＤＶＩ值进行分析，有助于对草地分布、初级生产力、草场利用和退化状况进行有效的动态监测。

１研究区概况和数据来源及方法Ｌ１研究区概况在本文研究中草原、草甸生物量的实测区设在乌鲁木齐南郊天山中段的北坡山地上（８７。

０２’～８８。

０９’Ｅ；４３。

２７７—４４。

３２’Ｎ）。

海拔介于１６００～２６００ｍ。

试验区内地形垂直分异完整典型，气候差异显著，水热条件分配不均匀，土壤、草地类型等资源丰富，地势由南向北倾斜，地貌包括了高山、中山和低山ｉ大单元。

南部多为高山高寒区；中部为森林及草甸草地发育良好的中山ＩＸ＿；北部为以山地草原为主的低山区。

试验区内包含＿厂高寒草甸、山地高草草甸、山地草原３种主要草地类型。

各种草地类型都具有自身的典型特征和分布规律。

在本研究的草原实测区，海拔在１６００～１８００ｍ，草类比较多，群落较复杂，产草量一般，多为春秋场或冬场：草甸实测区海拔在２５００～２６００ｍ左右，群落结构简单，产草量低，为夏牧场，放牧强度大。

１．２数据来源和研究方法１．２．１数据来源本文所采用的数据是来自新疆气象局遥感中心接收的美国ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ地球观测卫星２００４年４月至１０月的轨道数据和２００２年制作完成的１：１０万的草地类型图。

根据本文研究需要，本文所采用的处理软件为：国家气象卫星中心星地通公司的“ＭＯＤＩＳ资料接收万方数据业塞兰壁型篁鍪ＤｅｓｅｒｔａｎｄＯａｓｉｓＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ第】卷第３期２ｆＸ）７却’６月处理系统”；遥感图像处理软件ＥＮＶｌ４．０；国产地理信息系统软件ＭＡＰＧＩＳ６．５；美国ＡＤＯＢＥ公司的ＰＨＯＴＯＳＨＯＰ７．１。

１．２．２研究方法（１）ＭＯＤＩＳ数据预处理：ＭＯＤＩＳ的原始数据为ＰＤＳ格式，ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ卫星接收处理系统处理后，生成了本次计算所应用的ＨＤＦ格式数据。

ＨＤＦ是美国国家高级计算中心（ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＳｕｐｅｒｅｏｍｐｕｔｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）为了满足各种领域研究需求而研制的一种能高效存储和分发科学数据的新型数据格式。

ＨＤＦ文件中可以包含多种类型的数据，如栅格图像数据、科学数据集、信息说明数据。

它包括一个文件头、一个或多个描述符块、若干个元素。

原始资料没有经过地球定位、辐射定标等过程，不能被我们使用，所以首先要进行预处理。

生成不同分辨率的ＨＤＦ义件。

（２）几何校正：预处理生成的ＨＤＦ文件，使用国家气象卫星中心星地通公司提供的处理软件儿何校正、投影转换和ｓＩ的反射率，亮温转换，可以用ＥＮＶＩ直接凄取。

使＿｝＝｝ｊＥＮＶＩ的地图配准工具对投影后的图像进行地理信息叠加后，可转换为各种现在大多数遥感和地理信息系统软件通用的文件格式。

（３）ＭＯＤＩＳ植被指数的提取：本研究植被指数的提取主要的技术路线一根据２００４年５月、７月、９月实测数据，选取这一时段内实测区无云、兀掉包的ＭＯＤＩＳ数据，用ＭＯＤＩＳ专用处理软件及遥感图像处理软件ＥＮＶＩ进行投影、大气订正、太阳高度角订正和几何校正。