沈 阳 农 业 大 学
课 程 论 文
（2009-2010学年第 二 学期）
课程名称： 课程论文写作 学生姓名： 专业班级： 学 院： 水 利 学 院 学 号： 指导教师：
干旱问题分析与评价研究进展
摘要：首先阐述干旱的概念，形成原因、危害、及防治措施，接着阐述运用遥感技术进行干旱监测介绍了我国利用遥感技术进行干旱监测的主要方法及其进展并总结了遥感技术在干旱监测领域发挥的重要作用及其在实际运用中存在的问题。 关键词： 干旱 土壤水分 遥感监测 可见光 近红外 远红外
1.干旱分析
1.1 干旱的概念
指在农业技术水平不高的条件下，由于长期降水偏少，造成空气干燥，土壤缺水，引起农作物对水分的需求得不到满足，影响正常生物发育而减产失败的一种农业气象灾害。
大地区，降水稀少，且多西北大风，气温低，湿度小，就易发生冬旱。
1.2干旱的成因
干旱主要是在高气压长期控制下形成的。高气压常占据很大的空间，故干旱往往波及广大地区，即所谓“干旱一大片”。季风反常，是造成我国干旱的主要原因。
1.3干旱的指标
表征某一地区干旱程度的标准称为干旱的指标。
1.4干旱的抗、避、防措施
1.41抗旱措施
（1）开源节流，合理灌溉 （2）选用耐旱品种，抗旱播种 （3）耕作和覆盖保墒抑制农田蒸发
（4）耕云播雨，缓解旱情 1.42避旱措施
（1）改革种植制度，避旱夺丰收 （2）调整播种，躲过干旱 （3）水路不通走旱路 （4）育苗移栽躲过春旱 1.43防旱措施
（1）兴修水利，搞好农田基本建设
（2）深耕改土，增强土壤蓄水能力 （3）选育抗旱品种，提高抗旱能力 （4）绿化荒坡隙地，改善生态环境
2.干旱的研究进展
1 引言
干旱是影响我国农业发展的重要因素之一，给国民经济带来巨大损失。为防范旱灾而进行的土壤水分监测一直是人们关心的问题。常规的监测方法是用土钻取土称重和中子仪法，这些方法不仅测点少，代表性差，无法实现大面积、动态监测，而且费时、费力。遥感技术具有宏观、快速、动态、经济的特点。特别是可见光、近红外和热红外波段能够较为精确地提取一些地表特征参数和热信息，解决了常规方法存在的问题，打开了干旱监测的全新图景。
2中国用可见光和红外遥感方法监测干旱的发展情况
目前我国在该领域的研究主要集中在光学遥感上，即可见光－反射红外遥感和热红外遥感。常用的方法有热惯量法和利用可见光和反射红外遥感资料监测干旱和反演土壤水分。 2.1 基于土壤热惯量的方法
热惯量是地物阻止其温度变化的一种特性，在地物温度的变化中，热惯量起着决定性的作用。土壤热惯量与土壤的热传导率、比热容等有关，而这些特性与土壤含水量密切相连，因此可以通过推算不同形式的土壤热惯量反演土壤水分。热惯量法反演土壤水分的精度取决于两个关键的步骤：一是推算不同形式的热惯
量值；二是建立它们与土壤水分含量的关系式反演土壤水分。为了推算不同形式的热惯量值]引入地表综合参量B，但这种方法需要大量的非遥感地表参数，影响了监测的实用性和实时性。在此基础上对P（代表什么特征），B（是否同于前面的B,即地表综合参量）以及地表温差ΔTg的关系进行简化,用遥感资料直接获得了土壤的热惯量值。但因其只考虑了参数间的统计关系而忽略了物理联系（如将潜热通量化简为只随温度变化的函数式，而不考虑水汽压，地表阻抗等因素）影响了反演精度。后来，田国良等[12]提出用表观热惯量ATI来代替真实热惯量P。ATI模型简单易求，得到广泛应用。另外，在建立最佳的热惯量与土壤水分关系式方面国内学者也做了不少探讨和研究。如有从数理角度出发建立ATI和土壤水分(W)的统计模型的研究，主要有线性函数、指数函数、对数函数等形式。刘良明等 [13]分别用上述模型对湖北省进行干旱监测，精度均达到80％以上，其中线性模型的结果较指数模型和对数模型稍差。
以上模型仅仅考虑了土壤水分对热惯量的影响，实际上地表温度变化受地形、土壤质地、土壤湿度等多种因素的影响，即使地表温度日较差相同其土壤湿度也可能不同。因此引发了从地表温度改变的动力学机制出发，引入辅助因素和热惯量共同推算土壤湿度的研究。在GIS支持下，分别建立不同土壤质地的热惯量模型，结果总平均反演误差比不分土壤质地降低2.1％。同时，陈怀亮引入地形参数F和R来描述风场对地面热通量的影响，结果相对误差率降低了0.4%～5.3% ,且得到在估测30cm以下水分时风场的影响可以忽略的结论。
加入辅助因素的模型完善了传统的热惯量法，提高了水分反演的精度，但在实际实施中存在着一定的难度：如地形单元的划分因研究区域的不同而千差万别，要求不断调整模型的参数；对风场的研究也因其自身的复杂性造成了F、R等参数定义的模糊性和对实地观测的依赖性；影响了此类热惯量模型的适用性。研究发现土壤热惯量差值与干土壤热惯量和土壤中空气热惯量无关而只与土壤水分热惯量差值有关，从而摆脱了局地土壤参数的束缚；引入相对表观热惯量和相对余差热惯量，与波文比结合推算潜热通量，摆脱了温度和风场等因素的影响，达到减少非遥感参数，提高模型适用性的目的。
另外，]根据已有结论：“只要有足够大的地表温度差值，任何两个时相的地表温度均可计算热惯量”，用土壤受光面和阴影面、叶子受光面和阴影面的温差
信息来建立热几何光学模型(SSTDM-S、SSTDM-L1)，将热惯量模型、热量平衡模型和几何光学模型结合起来，直接获得土壤水分和作物缺水指数。此法只需单时相的温差，避免了传感器的时间飘动，且不需要空气、温度等非遥感数据，提高了精度，对热惯量方法进行了发展，开辟了利用多角度遥感信息提取土壤水分的新途径。
热惯量法从土壤本身的热特性出发反演土壤水分，要求获取纯土壤单元的温度信息，当有植被覆盖时，受混合像元分解技术的限制精度将降低，因此热惯量法主要应用于裸土条件下。 2.2基于研究区蒸散量计算的方法
地表蒸散包括土壤蒸发和植物蒸腾两部分，是土壤－植被－大气间能量相互作用和交换的表现，与土壤水分含量有着明显的相关关系。在植被覆盖区常从蒸散角度出发或计算区域蒸散量或由蒸散量构造相应的指标监测干旱，如作物缺水指数法：（CWSI-crop water stress index）植被完全覆盖时，可把土壤和植物作为一个边界层，用单层模型估算地表蒸散。申广荣等[18]用单层模型计算地表蒸散量监测黄淮海平原的旱灾，基本满足准确、实时的要求。植被部分覆盖时，土壤和植被热特性不同，对地表蒸散的贡献也不同。因此将地表蒸散细化为土壤蒸发和植物蒸腾，分别建立冠层、土壤表面的热量平衡方程。经典的双层模型，要考虑大量复杂的阻抗，如冠层与参考高度处的阻抗、土壤表面热传输空气动力学阻抗等，在实际工作中这些阻抗的准确获取几乎是不可能的。目前国内的研究主要集中在对经典双层模型的简化上。提出在一定条件下，可将辐射表面温度简化为各组分温度及其面积比的线性组合，空气动力学温度简化为冠层叶片温度的线性函数，来简化显热通量的计算，结果表明其假设和参数化都比较合理。根据能量最小假定，用植被覆盖率fv对空气动力学阻抗进行修正和简化，估算蒸散量，监测黄淮海平原春季旱情，得到干旱蒸散分布图。基于地区蒸散量计算的方法兼顾能量守恒原理、气象学原理和植物水分生理学原理，科学性较强。但是，无论是单层模型还是双层模型都很复杂，涉及大量参数，特别是各种阻抗有一定的地域性，它们的确定没有确切的方法，往往需依赖于经验，各种简化模型也不例外，使其难于推广于生产实践。
2.3基于归一化植被指数（NDVI）和温度的方法