基于MERSI盘锦湿地植被动态监测及其与MODIS数据对比分析

利用2009年5~9月期间11个时相的FY3/MERSI、EOS/MODIS卫星遥感影像资料,依托土地利用数据,提取122个湿地样点的植被指数,对盘锦湿地植被长势进行动态监测,结果表明:盘锦湿地植被在生长的前期和后期平均每天以1%~1.5%的速率发生变化,2009年8月9日前后,植被指数达到最大值,MERSI-NDVI为0.66,MODIS-NDVI为0.64。同时对MERSI-NDVI与MODIS-NDVI 2009年时间序列数据对比分析,发现二者的相关系数非常高R0.9,监测数据值接近,为我国自主研发的中分辨率卫星监测湿地植被长势的长序列植被指数构建提供了初步的数据基础。     

HJ-1A NDVI与MODIS NDVI时间序列提取植被物候特征对比研究

以HJ-1A和MODIS为数据源,通过动态阈值法提取物候特征参数,对HJ-1A NDVI和MODIS NDVI时间序列进行植被物候特征提取进行定性和定量比较,通过比较结果,提出HJ-1A NDVI数据在该应用中存在的问题,促进国产中空间高时间分辨率影像数据在植被物候信息提取研究中的应用,提高其在生态系统研究中的应用价值。结果表明:在SOS、EOS和LOS以及TOMS几个主要的物候时间点上,MODIS NDVI时间序列的标准差较小,所得物候数据更为集中,偏离度较小,所得物候数据较稳定;而HJ-1A NDVI时间序列所得物候数据的标准差较大,数据偏离程度较大,而在POS、BOS和AOS等表征植被生命周期中生长幅度数据上,其标准差较小,离散程度小。     

HJ-1-CCD与MODIS数据的NDVI比较分析

利用辐射传输模型对HJ-1-CCD数据进行大气校正并反演出植被指数,和MODIS标准产品数据进行对比,并对典型区域的结果相关性和差异性进行了统计分析.结果显示:①当下垫面为相对均一的地表时,如耕地、有植被覆盖的山地、水体等,两传感器反演出的植被指数相关性(r)和相对差异分别为耕地(0.74,10％)、山地(0.69,12％)、水体(0.78,5％);②当下垫面为较为复杂的地表时,如建筑用地(含居民住宅区)等,两传感器的相关性(r)仅为0.58、相对差异达到18％;③在估算小范围区域且地表覆盖较为复杂的下垫面植被指数时,HJ-1-CCD因其相对较高的空间分辨率,能有效减弱混合像元的影响,进而提供更加丰富的植被指数信息.     

不同辐射校正水平下水稻植被指数监测对比分析

归一化植被指数(NDVI)是反映植被长势特征的重要参数之一。获取准确的植被指数对揭示植被长势变化等定量遥感分析至关重要。基于不同辐射校正水平(辐射定标与大气校正),分别利用Landsat ETM+影像的灰度值(DN)、表观(TOA)反射率与地表(Surface)反射率计算相应NDVI,并根据鄱阳湖区野外定点观测数据,从农田、景观尺度揭示不同辐射校正水平下水稻生育期内NDVI动态变化特征。结果表明,根据DN、TOA反射率与Surface反射率提取的NDVI基本上可以反映出年内水稻不同熟制种植信息变化特征,即移栽期NDVI处于谷值,孕穗抽穗期NDVI达到峰值。但相应NDVI逐渐增加,且波动范围逐渐增大。就不同熟制水稻生育期而言,根据DN值计算并构建的NDVI曲线差异较小,而根据TOA反射率与Surface反射率反演的NDVI曲线差异明显。在植被定量遥感研究中,通过大气校正反演地表反射率计算植被指数相对客观准确。     

基于中国通量网的MODIS短波反照率验证与分析

遥感地表反照率产品的验证与分析是将其应用于环境研究的基础。采用中国通量网的地表实测短波反照率数据对MODIS反照率产品进行对比和分析,针对选取的8个地面站点,提取了2004年的MODIS反照率产品并进行验证。这些站点的植被覆盖情况涵盖了草地、森林和农业用地。结果显示MODIS在多数情况下能提供准确的地表反照率产品。针对各个站点的误差、均方根误差、相关系数分析都显示了这个结果,总体反演误差在0.002左右。较大的误差出现在有冰雪影响的时候,排除受积雪影响的数据,总体均方根误差可达0.028。分析了引起误差的原因并提出了改进意见。     

基于MODIS和AVHRR数据源的东北地区植被NDVI变化及其与气温和降水间的相关分析 

基于逐像元一元线性回归模型,应用MODIS NDVI数据对AVHRR-GIMMS NDVI进行时间序列拓展,拓展序列通过一致性检验,基于所建立的1982~2009年植被年最大NDVI数据集,在GIS平台上进行了植被NDVI变化和NDVI与年平均气温、年降水量之间的相关分析。研究结果表明:过去28 a间,植被年最大NDVI呈3个变化阶段:1982~1992年呈小幅上升趋势,1992~2006年呈缓慢下降趋势,2006~2009年呈缓慢回升态势。由空间变异分析得出NDVI变化相对大的区域主要分布在内蒙干旱和半干旱区。21世纪初和20世纪90年代相对于80年代NDVI值升高,3个阶段平均NDVI变化幅度为±0.3。 20世纪初,赤峰地区以及松嫩平原西部地区植被NDVI呈轻度增加的面积占全区6.45%。植被年最大NDVI与年平均气温、年降水量相关性空间差异明显。偏相关系数绝对值,气温大于降水的像元数占54%;综合分析,较降水而言,气温是东北全区植被年最大NDVI的主控影响因子。对于不同植被类型年最大NDVI,受气温影响强度由大到小依次为:森林>草地>沼泽湿地>灌丛>耕地;受降水影响按草地>耕地>灌丛>沼泽湿地>森林依次减弱。     

基于MODIS数据的我国天山典型区积雪特征研究

准确监测天山地区积雪面积和积雪日数对合理利用水资源及分析区域气候变化有重要意义。MODIS每日积雪产品可以为大面积快速积雪制图与监测提供依据,但因云量较高成为其应用的瓶颈。利用结合MODIS产品的时间与空间信息有效地减少了云对MODIS积雪产品的影响,并利用改进的MODIS积雪数据和DEM分析2002~2009年天山地区积雪面积和积雪日数的变化特征。结果表明:积雪频率总体上随着海拔升高而增大;不同坡向积雪面积差异明显,西北坡积雪覆盖率最高,北坡、西坡和东北坡次之,南坡和东南坡的积雪覆盖率最低;2006~2008年研究区积雪面积出现低值,年内最大积雪面积呈逐年减少的趋势;随着海拔下降,积雪日数逐渐变小,天山南部地区积雪日数仅为40 d以下;积雪日数大的区域年际积雪日数变化相对稳定,积雪日数少于40 d的区域积雪日数的变异系数最大,年际积雪日数变化不稳定。     

利用MODIS卫星资料分析北京地区地表反照率时空分布及变化特征

利用2000～ 2005 年MOD IS 地表双向反照率(MOD43B3) , 植被指数(MOD13A 2) 和地表覆盖类型(MOD12Q 1) 资料, 分析了北京及周边地区地表反照率的时空分布, 计算了2000～ 2005 年平均地表反照率的时间变化。结果表明, 北京城区年平均地表反照率为0. 12, 山区森林(0. 11) 明显小于平原地区(0. 15) , 而永定河流域反照率较大(0. 18) , 这主要是因为永定河流域植被覆盖度较低(植被指数低) , 山区地表反照率季节性变化不明显。2000～ 2005 年6 年的统计回归显示北京平原地区反照率呈略有下降。     

TM与MODIS植被供水指数反演及对比分析

为了探讨多源卫星遥感数据针对同一地区同一时刻旱情所得植被供水指数的差异,选择我国华北地区旱灾发生频率较高、影响较广的河北地区为研究区,针对近年来干旱监测应用较为广泛的Landsat TM/ETM+和EOS MODIS数据,分别进行植被供水指数的提取,并进行两者之间的对比分析,得出以下结论:① TM VSWI (Vegetation Supply Water Index) 与MODIS VSWI之间数值上存在一定的差别,变化范围在-0.51~0.20之间。其中负值主要集中在城镇、裸地及水体地表;② 在植被覆盖区,TM的平均VSWI大于MODIS的,但两者差别不大;③ 在各种植被覆盖度条件下,TM VSWI与MODIS VSWI差值的最小值、最大值和均值均表现出随着植被覆盖度的增加,其值逐渐增大的特点。该结论可以为两种遥感数据源干旱监测的差异分析及综合应用提供重要的参考依据。     

基于MODIS NDVI的LandsatTM影像地形阴影区光谱信息恢复方法研究

遥感为获取山区生态环境与资源信息提供了重要的观测手段。然而受地形遮蔽影响,山区光学影像大量的地形阴影给山区土地覆被解译以及生态参量的遥感反演带来了巨大困难。针对地形阴影光谱信息的恢复,提出了一种基于MODIS NDVI的Landsat TM影像地形阴影区光谱信息恢复方法。该方法首先利用MODIS上午、下午星(Terra和Aqua)不同时间过境能够对地形阴影区信息实现互补的特点,采用最大值合成法合成MODIS上、下午星16dNDVI产品(MOD13Q1和MYD13Q1),获得低空间分辨率影像上的阴影区光谱信息;在此基础上,考虑MODIS与Landsat的观测角度、光谱差异,设置滑动窗口及筛选规则提取MODIS与TM影像相匹配的同质纯像元;基于中、低空间分辨率影像中均匀同质像元存在一定统计关系的假设,进一步建立同质区域中TM影像光照区域与对应MODIS NDVI的回归树模型,利用该统计关系和阴影区MODIS的NDVI信息推导得出地形阴影区的光谱信息。将阴影光谱信息恢复后的影像与SCS+C校正后的影像进行比较和分析,结果表明该方法恢复得到的地形阴影的光谱信息能够更好地反映阴影区信息,同时光谱保真程度较好。随着越来越多的中高空间分辨率卫星影像的发展,采用多源卫星数据进行山地地形阴影区信息恢复将成为一个新的发展趋势,该方法以期为同类影像处理提供参考。     

MODIS NDVI与MODIS EVI的比较分析

MODIS NDVI与MODIS EVI是目前应用比较广泛的植被指数,MODIS EVI是对NDVI的发展和延续,从植被指数计算公式和合成方法两方面做了改进。具体表现在:避免了MODIS NDVI在植被高覆盖区易饱和的问题,考虑了土壤背景对植被指数的影响,对气溶胶等残留做了进一步校正,采用BRDF/CV-MVC合成方法保证了合成采用最佳像元。EVI时间序列相较于NDVI时间序列季节性更明显,能够更好地反映高植被覆盖区的季节性变化特征,并且很少有突降现象,时间序列曲线较平滑。EVI的这些优势为高覆盖植被物候特征的季节性变化监测提供了新的思路。     

利用MODIS产品分析长江上游川江段植被变化

使用2000年到2005年每年8月的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的植被指数产品研究了长江上游川江流域加快长江防护林建设以来的植被变化。在选定的特定区域对广泛使用的植被指数NDVI和新开发的增强型植被指数EVI进行了对比分析,两种植被指数在湿润环境下对高密度植被的描述有明显差别:NDVI的季节性不明显,表现为全年高平的曲线;而EVI仍然有季节性,表现为钟形曲线,与月平均温度关系更密切。通过对EVI产品的分析,近6年来长江上游川江流域的植被得到了较好的恢复,尤其是在湖北和嘉陵江附近植被得到了明显的增加,整体上最明显的变化是较高植被值域区(0.6～0.8),所占比例由3.26%增加到13.96%。     

基于MODIS的黄土高原土地荒漠化动态监测

以2001年和2009年8月MODIS卫星影像为数据源,基于归一化植被指数和像元二分原理,通过建立科学的荒漠化土地分类系统,对黄土高原地区近8 a的荒漠化土地进行了动态变化监测,分析了2个时期荒漠化土地的空间分布特征和面积变化情况。结果表明:黄土高原荒漠化土地面积整体呈明显的减少态势,但类型转化结构表明荒漠化土地强度却处于不断发展阶段。8 a间,极重度荒漠化土地面积增加了16.53 km²,增长率为28.36%,重度和中度荒漠化土地面积均有不同程度减少,分别减少了1.2×10⁴ km²和7.0×10⁴ km²,变化率分别为32.97%和29.19%;分别有9.0×10^4 km²和1.2×10⁴ k²的轻度和潜在荒漠化土地转化为其他类型荒漠化土地,并分别增加了9.3×10³ km²和7.3×10⁴ km²,增长率分别为4.2%和57.3%。发展区面积为1.9×10⁵ km²,稳定区面积为4.0×10⁵ km²,逆转区面积为2.8×10⁴ km²,发展区面积比逆转区面积大1.6×10⁵ km²,表明黄土高原环境质量不断下降,荒漠化强度不断扩张的趋势。     

Detecting temporal changes in the extent of annual flooding within the Cambodia and the Vietnamese Mekong Delta from MODIS time-series imagery

This paper presents the methodology used to detect temporal changes in the extent of annual flooding within the Cambodia and the Vietnamese Mekong Delta (VMD) based on MODIS time-series imagery (Wavelet-based Filter for detecting spatio-temporal changes in Flood Inundation; WFFI). This methodology involves the use of a wavelet-based filter to interpolate missing information and reduce the noise component in the time-series data, as proposed in a previous study. The smoothed time profiles of Enhanced Vegetation Index (EVI), Land Surface Water Index (LSWI), and the Difference Value between EVI and LSWI (DVEL) are obtained from MOD09 8-day composite time-series data (resolution: 500 m; time period: 2000-2005). The proposed algorithm was applied to produce time-series inundation maps (WFFI products) for the five annual flood seasons over the period from 2000 to 2004. The WFFI products were validated via comparisons with Landsat-derived results and inundation maps based on RADARSAT images, hydrological data, and digital elevation model data. Compared with the RADARSAT-derived inundation maps at the province level, the obtained RMSE range from 364 to 443 km² and the determination coefficients [R²] range from 0.89 to 0.92. Compared with Landsat-derived results at the 10-km grid level, the obtained RMSE range from 6.8 to 15.2 km² and the determination coefficients [R²] range from 0.77 to 0.97. The inundated area of flooded forests/marsh to the northeast of Tonle Sap Lake were underestimated, probably because of extensive vegetation cover in this area. The spatial characteristics of the estimated start dates, end dates, and duration of inundation cycles were also determined for the period from 2000 to 2004. There are clear contrasts in the distribution of the estimated end dates and duration of inundation cycles between large-scale floods (2000-2002) and medium- and small-scale floods (2003 and 2004). At the regional scale, the estimated start dates for the southern part of An Giang Province during 2003 and 2004 was distinctly later than that for surrounding areas. The results indicate that these triple-cropping areas enclosed by dikes increased in extent from 2003 to 2004. In contrast, the estimated end dates of inundation at the Co Do and Song Hau State Farms were clearly earlier than those for surrounding areas, although the estimated start dates were similar. Temporal changes in the inundation area of Flood pixels in the Dong Thap and Long An Provinces are in excellent agreement with daily water-level data recorded at Tan Chau Station. The estimated area of Long-term water body increased in size from 2000 to 2004, especially in coastal areas of the Ca Mau and Bac Lieu Provinces. Statistical data for Vietnam indicate that this trend may reflect the expansion of shrimp-farming areas. The WFFI products enable an understanding of seasonal and annual changes in the water distribution and environment of the Cambodia and the VMD from a global viewpoint.     

Analysis of Vegetation Changes in Fujian Province Using MODIS EVI Time Series Data (2000~2017)

Fujian province has the highest forest coverage rate in China for decades, which has played an important role in maintaining a good ecosystem quality in southeastern China. This study conducted an investigate aiming to find out the spatial and temporal changes of the vegetation status in Fujian and the impact factor involving in the vegetation growth during the period from 2000 to 2017, using the summer data of MODIS Enhanced Vegetation Index (EVI) product, associated with meteorological and non-meteorological data. The results showed that the mean EVI of Fujian rose as a whole during the 17 study years, from 0.454 in 2000 to 0.505 in 2017, increased by 11.2% in the period. This indicates that the overall vegetation status in Fujian has been improved, especially in, south and west parts of the province, while eastern coastal areas have shown decrease in vegetation coverage. Correlation analysis showed that during the study period, meteorological factors (temperature and precipitation) had no significant impact on the provincial EVI change, and the improvement of the vegetation status mainly due to non-meteorological factors. Both the construction of the ecological province in Fujian starting in 2003 and the soil erosion treatment starting in 2012 have strong relationships with vegetation increase. The increase of forest coverage rate and the decrease of soil erosion area have contributed significantly to the enhancement of Fujian’s EVI in the past 17 years.     

利用MODIS EVI时间序列数据分析福建省植被变化(2000~2017年)

以全国森林覆盖率最高的福建省为研究对象,利用2000~2017年夏季的MODIS EVI植被指数数据和气象与非气象因子进行协同分析,以揭示近17年福建植被的时空变化及其影响因子。结果表明:研究期内福建的EVI均值整体上升,从2000年的0.454上升至2017年的0.505,17 a间上升了11.2%,表明福建省的植被整体处于变好的状态,且在中部和西南部的变化最明显。相关分析表明,在研究期内,气象因子(气温和降水)对EVI变化的影响不显著,植被的变好主要为非气象因子的作用。EVI的提高主要得益于2003年福建省建设生态省后森林覆盖率的提高,并和2012年开始的水土流失治理有明显关系,这说明人类活动的积极作用对福建植被的变好起到了关键的作用。     

Downscaling real-time vegetation dynamics by fusing multi-temporal MODIS and Landsat NDVI in topographically complex terrain

Canopy phenology is an important factor driving seasonal patterns of water and carbon exchange between land surface and atmosphere. Recent developments of real-time global satellite products (e.g., MODIS) provide the potential to assimilate dynamic canopy measurements with spatially distributed process-based ecohydrological models. However, global satellite products usually are provided with relatively coarse spatial resolutions, averaging out important spatial heterogeneity of both terrain and vegetation. Therefore, bias can result from lumped representation of ecological and hydrological processes especially in topographically complex terrain. Successful downscaling of canopy phenology to high spatial resolution would be indispensable for catchment-scale distributed ecohydrological modeling, aiming at understanding complex patterns of water, carbon and nutrient cycling in mountainous watersheds. Two downscaling approaches are developed in this study to overcome this issue by fusing multi-temporal MODIS and Landsat TM data in conjunction with topographic information to estimate high spatio-temporal resolution biophysical parameters over complex terrain. MODIS FPAR (fraction of absorbed photosynthetically active radiation) is used to provide medium spatial resolution phenology, while the variability of vegetation within a MODIS pixel is characterized by Landsat NDVI. The algorithms depend on the scale-invariant linear relationship between FPAR and NDVI, which is verified in this study. Downscaled vegetation dynamics are successfully validated both temporally and spatially with ground-based continuous FPAR and leaf area index measurements. Topographic correction during the downscaling process has a limited effect on downscaled FPAR products except for the period around the winter solstice in the study area.     

基于混合像元分解的喀斯特石漠化地物丰度估测

我国西南喀斯特地区长期存在以石漠化为特征的土地退化问题,是我国三大生态问题之一。喀斯特地区地表复杂度高,具有高度时空异质性,像元混合现象严重,植被、裸岩和裸土为喀斯特地区典型地物,使得评价喀斯特石漠化的关键指标(如裸岩率、植被覆盖度)获取比较困难,高光谱遥感在混合像元分解方面有独特优势,可以获取地物端元的丰度。通过地面试验表明光谱指数能够表征地物覆盖度,进而以Hyperion高光谱影像为数据源,利用连续最大角凸锥方法从影像中提取这3类地物的端元,运用半约束和全约束线性光谱分解方法估算其丰度。研究表明:半约束线性分解得到的丰度优于全约束分解结果,其反演的植被、裸土和裸岩的丰度与相应的光谱指数间具有显著线性相关性,确定系数R²分别为0.92、0.66与0.84,表明地物丰度能够表征其覆盖度。因此,通过混合像元分解算法反演地物丰度来提取喀斯特石漠化因子具有一定的可行性,这为高光谱遥感在喀斯特石漠化中的评价和监测奠定了理论和算法基础。