CN105095628A - 全球植被覆盖时空变化监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全球植被覆盖时空变化监测方法，能够应用在气象、环境监测、土地管理、农情监测、以及灾害监测等遥感应用部门。该方法包含三个步骤：第一步骤是对原始数据进行处理和空间插值处理，然后用等式1对Terra卫星上MODIS上午(10:30)的NDVI产品计算空间平均值。第二个步骤是计算全球或者区域植被平均覆盖状况。第三步骤是计算全球或者区域植被覆盖变化趋势，对全球或者区域植被覆盖变化进行时空变化分析。

Description

全球植被覆盖时空变化监测方法

技术领域

本发明涉及一种利用NDVI(normalized difference vegetation index)与植被覆盖度存在线性关系的特点，通过地观测卫星上MODIS NDVI产品监测全球植被生长状况和变化的方法，突破了传统方法利用站点对局部观测的局限。能够应用在气象、农业、环境监测和旱情监测等遥感部门。

背景技术

NDVI值与植被覆盖度呈线性关系，用全球或者区域的平均NDVI值监测全球和区域的植被变化时可行的[Asrar, G., Fuchs, M., Kanemasu, E.T., Hatfield, J.L., 1984. Estimating absorbed photosynthetic radiation and leaf area index from spectral reflectance in wheat. Agronomy Journal 76, 300-306; Gutman, G., Ignatov, A., 1998. The derivation of the green vegetation fraction from NOAA/AVHRR data for use in numerical weather prediction models. International Journal of Remote Sensing 19, 1533−1543; Myneni, R.B., Keeling, C.D., Tucker, C.J., Asrar, G., Nemanl, R.R., 1997. Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981~1991. Nature 386, 698 -702.]。本方法中全球和区域NDVI值是指全球和区域平均每天的NDVI值，它是气候变化研究里一个非常重要的参数。由于全球植被观测受时间和空间，以及地表情况的影响，至今还没有一种方法能够很好地监测全球植被生长状况。全球地面观测站点数量有限，而且不是均匀分布，特别是在山区和极低地区，地面观测和分类插值得到的结果不是非常好，精度不是很高[Ek, M.B., Mitchell, K.E., Lin, Y, et al., 2003. Implementation of NOAH land surface model advances in the National Centers for Environmental Prediction operational mesoscale Eta model. Journal of Geophysical Research 108, 1211-1216.]。

MODIS 遥感器于1999和2002年搭载对地观测卫星发射成功，为全球和区域资源环境动态监测开辟了又一新的途径。MODIS 是一个拥有36个波段的中分辨率遥感系统，每天可获得4次全球观测数据（1:30，10：30，13：30, 22:3），其飞行与太阳同步，并且是免费接收，因此非常适合全球植被监测。在MODIS 的36个波段中有近红外波段和红外波段，因而可以通过结算NDVI值来估算植被覆盖状态，从而间接地反应植被生长状态。目前针对MODIS 遥感数据的NDVI产品的研究不少[Montandon, L.M., Small, E.E., 2008. The impact of soil reflectance on the quantification of the green vegetation fraction from NDVI. Remote Sensing of Environment 112, 1835–1845.]，美国宇航局（NASA）已经提供全球温度每天2次的月产品，其产品精度也是非常高[Montandon, L.M., Small, E.E., 2008. The impact of soil reflectance on the quantification of the green vegetation fraction from NDVI. Remote Sensing of Environment 112, 1835–1845.]。目前还没有利用MODIS NDVI产品对全球或者大区域植被覆盖监测方法发表。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从遥感数据MODIS NDVI产品对全球植被覆盖时空变化进行的方法，以克服现有大区域植被生长覆盖时空变化监测的实际困难，为气候变化研究提供植被相应的高精度数据，以便人类更好地应对气候变化。

为实现上述目的，本发明提供的从遥感数据MODIS NDVI产品估算全球和区域植被覆盖时空变化方法为：

第一步：对原始数据进行处理和空间插值处理，然后用等式1对Terra卫星上MODIS上午(10:30)的NDVI产品计算空间平均值

(1)

式中NDVI_mj 是像元j植被覆盖的平均状况，i是一年中的天数。

第二步：等式2计算全球或者区域植被平均覆盖状况

(2)

式中NDVI_m 是植被的平均状况，i是每天天数，j是像元数，S(j)像元j面积权重函数，NDVI_ij 是第i天j象元的植被状态。

第三步:利用第二步计算的全球或者区域植被平均状态值和式3进一步计算全球或者区域植被覆盖变化趋势，对全球或者区域植被覆盖进行时空变化分析。

（3）

式中Vegetation_Rate表示植被覆盖变化率，k表示第几年，NDVI_mk 是第k年的植被覆盖状态，n表示这个年份。

本发明的有益效果是，利用MODIS NDVI产品每天生长覆盖状况，计算全球和区域的植被生长覆盖情况，有效地克服了以往传统方法站点观测数量不足，分布不均，且校正不一致的缺点。为气候变化研究，蒸散发，农情监测等提供了有效手段和技术支撑。其操作实用性比传统的利用地面观察站点插值得要简单，面上精度要高。事实上，地面气象观测站也是本方法进一步提高精度的数据重要补充来源，二者结合将大大提高全球植被覆盖变化监测精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是2003-2010年(a)全球陆地植被覆盖状态,(b)全球陆地植被覆盖变化率图。

图2是2003至2011年全球陆地时间变化率统计图

图3是2003至2011年世界主要大洲植被变化率（a）北美洲，(b) 南美洲，(c) 亚洲，(d) 非洲

图4是2003至2011年，主要纬度植被变化情况（a）北纬30-70°，(b)北纬0-30°，(c) 南纬0-30°，(d)南纬40-60°

具体实施方式

这里提供一个计算2001年至2011年全球平均水汽计算的一个实例：

本实例实现（方法）主要包括四个步骤：

第一步：对原始数据进行处理和空间插值处理，然后用等式1对Terra卫星上MODIS上午(10:30)的NDVI产品计算空间平均值；

第二步：等式2计算全球或者区域植被平均覆盖状况；

第三步:利用第二步计算的全球或者区域植被平均状态值和式3进一步计算全球或者区域植被覆盖变化趋势，对全球或者区域植被覆盖变化进行时空变化分析。

图1是2003-2010年(a)全球陆地植被覆盖状态, 从图中可以看出全球植被覆盖最高的地区在南美洲和欧洲以及北美东部，(b)全球陆地植被覆盖变化率图，图中显示北高纬植被增加，南美洲植被呈明显下降趋势，澳大利亚东部植被增加，西部减少。图2是2003至2011年全球陆地时间变化率统计图，全球变化不大；图3是2003至2011年世界主要大洲植被变化率（a）北美洲，(b) 南美洲，(c) 亚洲，(d) 非洲，统计分析表明南美洲植被下降非常明显，其它洲变化不大；图4是2003至2011年，主要纬度植被变化情况（a）北纬30-70°，(b)北纬0-30°，(c) 南纬0-30°，(d)南纬40-60°，从图中可以看出，北高纬增加，赤道地区植被呈下降趋势。

Claims (1)

1.全球植被覆盖时空变化监测方法，其步骤为：

第一步：对原始数据进行处理和空间插值处理，然后用等式1对Terra卫星上MODIS上午(10:30)的NDVI产品计算空间平均值

(1)

式中NDVI_mj 是像元j植被覆盖的平均状况，i是一年中的天数；

第二步：等式2计算全球或者区域植被平均覆盖状况

(2)

式中NDVI_m 是植被的平均状况，i是每天天数，j是像元数，S(j)像元j面积权重函数，NDVI_ij 是第i天j象元的植被状态；

第三步:利用第二步计算的全球或者区域植被平均状态值和式3进一步计算全球或者区域植被覆盖变化趋势，对全球或者区域植被覆盖变化进行时空变化分析

（3）

式中Vegetation_Rate表示植被覆盖变化率，k表示第几年，NDVI_mk 是第k年的植被覆盖状态，n表示这个年份。