全球植被覆蓋時空變化監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用 NDVI (normalized difference vegetation index)與植被 覆蓋度存在線性關(guān)系的特點，通過地觀測衛(wèi)星上MODIS NDVI產(chǎn)品監(jiān)測全球植被生長狀況和 變化的方法，突破了傳統(tǒng)方法利用站點對局部觀測的局限。能夠應(yīng)用在氣象、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān) 測和旱情監(jiān)測等遙感部門。
【背景技術(shù)】
[0002] NDVI值與植被覆蓋度呈線性關(guān)系，用全球或者區(qū)域的平均NDVI值監(jiān)測全球和區(qū) 域的植被變化時可行的[Asrar, G·，F(xiàn)uchs, 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; Mynenij R. B. , Keeling, C. D., Tucker, C. J. , Asrar, G. , Nemanlj R. R. , 1997. Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981 ~1991. Nature 386，698 -702.]。本方法中全球和區(qū)域 NDVI 值是指全球和區(qū)域平均每天的NDVI值，它是氣候變化研究里一個非常重要的參數(shù)。由于全 球植被觀測受時間和空間，以及地表情況的影響，至今還沒有一種方法能夠很好地監(jiān)測全 球植被生長狀況。全球地面觀測站點數(shù)量有限，而且不是均勻分布，特別是在山區(qū)和極低 地區(qū)，地面觀測和分類插值得到的結(jié)果不是非常好，精度不是很高[Ek，M.B.，Mitchell， K. Ε. , Linj Yj 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·]。
[0003] MODIS遙感器于1999和2002年搭載對地觀測衛(wèi)星發(fā)射成功，為全球和區(qū)域資源 環(huán)境動態(tài)監(jiān)測開辟了又一新的途徑。MODIS是一個擁有36個波段的中分辨率遙感系統(tǒng)， 每天可獲得4次全球觀測數(shù)據(jù)（1:30,10 :30,13 :30，22:3)，其飛行與太陽同步，并且是 免費接收，因此非常適合全球植被監(jiān)測。在MODIS的36個波段中有近紅外波段和紅外波 段，因而可以通過結(jié)算NDVI值來估算植被覆蓋狀態(tài)，從而間接地反應(yīng)植被生長狀態(tài)。目前 針對MODIS遙感數(shù)據(jù)的NDVI產(chǎn)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.]，美國宇 航局（NASA)已經(jīng)提供全球溫度每天2次的月產(chǎn)品，其產(chǎn)品精度也是非常高[Montandon， L. M. , Small, Ε.Ε., 2008. The impact of soil reflectance on the quantification of the green vegetation fraction from NDVI. Remote Sensing of Environment 112， 1835 - 1845.]。目前還沒有利用MODIS NDVI產(chǎn)品對全球或者大區(qū)域植被覆蓋監(jiān)測方法發(fā) 表。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種從遙感數(shù)據(jù)MODIS NDVI產(chǎn)品對全球植被覆蓋時空變 化進行的方法，以克服現(xiàn)有大區(qū)域植被生長覆蓋時空變化監(jiān)測的實際困難，為氣候變化研 究提供植被相應(yīng)的高精度數(shù)據(jù)，以便人類更好地應(yīng)對氣候變化。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的從遙感數(shù)據(jù)MODIS NDVI產(chǎn)品估算全球和區(qū)域植被 覆蓋時空變化方法為： 第一步：對原始數(shù)據(jù)進行處理和空間插值處理，然后用等式1對Terra衛(wèi)星上MODIS上 午（10:30)的NDVI產(chǎn)品計算空間平均值
(1) 式中MWiay是像元J植被覆蓋的平均狀況，i是一年中的天數(shù)。
[0006] 第二步：等式2計算全球或者區(qū)域植被平均覆蓋狀況
式中人是植被的平均狀況，i是每天天數(shù)，J是像元數(shù)，^C/)像元J面積權(quán)重函數(shù)， 是第i天J象元的植被狀態(tài)。
[0007] 第三步：利用第二步計算的全球或者區(qū)域植被平均狀態(tài)值和式3進一步計算全球 或者區(qū)域植被覆蓋變化趨勢，對全球或者區(qū)域植被覆蓋進行時空變化分析。
[0008]
式中吃供表示植被覆盍變化率，k表示第兒年，是第k年的植被覆 蓋狀態(tài)，η表示這個年份。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是，利用MODIS NDVI產(chǎn)品每天生長覆蓋狀況，計算全球和區(qū)域 的植被生長覆蓋情況，有效地克服了以往傳統(tǒng)方法站點觀測數(shù)量不足，分布不均，且校正不 一致的缺點。為氣候變化研究，蒸散發(fā)，農(nóng)情監(jiān)測等提供了有效手段和技術(shù)支撐。其操作實 用性比傳統(tǒng)的利用地面觀察站點插值得要簡單，面上精度要高。事實上，地面氣象觀測站也 是本方法進一步提高精度的數(shù)據(jù)重要補充來源，二者結(jié)合將大大提高全球植被覆蓋變化監(jiān) 測精度。
【附圖說明】
[0010] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0011]
【附圖說明】 圖1是2003-2010年（a)全球陸地植被覆蓋狀態(tài)，（b)全球陸地植被覆蓋變化率圖。
[0012] 圖2是2003至2011年全球陸地時間變化率統(tǒng)計圖 圖3是2003至2011年世界主要大洲植被變化率（a)北美洲，（b)南美洲，（c)亞洲， (d)非洲 圖4是2003至2011年，主要緯度植被變化情況（a)北緯30-70°，（b)北緯0-30°， (c)南緯 0-30。，（d)南緯 40-60°
【具體實施方式】
[0013] 這里提供一個計算2001年至2011年全球平均水汽計算的一個實例： 本實例實現(xiàn)(方法）主要包括四個步驟： 第一步：對原始數(shù)據(jù)進行處理和空間插值處理，然后用等式1對Terra衛(wèi)星上MODIS上 午（10:30)的NDVI產(chǎn)品計算空間平均值； 第二步：等式2計算全球或者區(qū)域植被平均覆蓋狀況； 第三步：利用第二步計算的全球或者區(qū)域植被平均狀態(tài)值和式3進一步計算全球或者 區(qū)域植被覆蓋變化趨勢，對全球或者區(qū)域植被覆蓋變化進行時空變化分析。
[0014] 圖1是2003-2010年（a)全球陸地植被覆蓋狀態(tài)，從圖中可以看出全球植被覆 蓋最高的地區(qū)在南美洲和歐洲以及北美東部，（b)全球陸地植被覆蓋變化率圖，圖中顯示 北高緯植被增加，南美洲植被呈明顯下降趨勢，澳大利亞東部植被增加，西部減少。圖2是 2003至2011年全球陸地時間變化率統(tǒng)計圖，全球變化不大；圖3是2003至2011年世界主 要大洲植被變化率（a)北美洲，（b)南美洲，（c)亞洲，（d)非洲，統(tǒng)計分析表明南美洲植被 下降非常明顯，其它洲變化不大；圖4是2003至2011年，主要緯度植被變化情況（a)北緯 30-70°，（b)北緯0-30°，（c)南緯0-30°，（d)南緯40-60°，從圖中可以看出，北高緯增 加，赤道地區(qū)植被呈下降趨勢。
【主權(quán)項】
1.全球植被覆蓋時空變化監(jiān)測方法，其步驟為： 第一步：對原始數(shù)據(jù)進行處理和空間插值處理，然后用等式1對Terra衛(wèi)星上MODIS上 午（10:30)的NDVI產(chǎn)品計算空間平均值(1) 式中是像元J植被覆蓋的平均狀況，i是一年中的天數(shù)； 第二步：等式2計算全球或者區(qū)域植被平均覆蓋狀況(2) 式中人是植被的平均狀況，i是每天天數(shù)，J是像元數(shù)，SC/)像元J面積權(quán)重函數(shù)， 是第i天J象元的植被狀態(tài)； 第三步：利用第二步計算的全球或者區(qū)域植被平均狀態(tài)值和式3進一步計算全球或者 區(qū)域植被覆蓋變化趨勢，對全球或者區(qū)域植被覆蓋變化進行時空變化分析式中表示植被覆蓋變化率，k表示第幾年，是第k年的植被覆 蓋狀態(tài)，n表示這個年份。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全球植被覆蓋時空變化監(jiān)測方法，能夠應(yīng)用在氣象、環(huán)境監(jiān)測、土地管理、農(nóng)情監(jiān)測、以及災(zāi)害監(jiān)測等遙感應(yīng)用部門。該方法包含三個步驟：第一步驟是對原始數(shù)據(jù)進行處理和空間插值處理，然后用等式1對Terra衛(wèi)星上MODIS上午(10:30)的NDVI產(chǎn)品計算空間平均值。第二個步驟是計算全球或者區(qū)域植被平均覆蓋狀況。第三步驟是計算全球或者區(qū)域植被覆蓋變化趨勢，對全球或者區(qū)域植被覆蓋變化進行時空變化分析。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105095628
【申請?zhí)枴緾N201410207671
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 香港大學(xué), 香港亞洲藥妝品研究院, 公安部出入境證件核心技術(shù)中心, 天津大學(xué), 北京奇才偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司, 毛克彪
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月16日