一、课题来源与背景 土壤含水量与干旱的遥感监测是目前遥感技术应用研究的前沿领域 ,是公认的世界性研究难题之一。旱灾是我国农业最主要的自然灾害，已成为对我国农业生产影响最严重的气象灾害。与其他自然灾害相比，它出现的频率最高，持续时间最长，影响的范围最大，对农业生产的直接损失也最重。探讨客观、动态、实时的土壤含水量与干旱监测方法，有助于采取积极有效的灾害防护措施。 土壤水分与干旱监测的方法主要有两类，一类是利用地面观测站网进行土壤湿度监测 ,常见的方法有：称重烘干法、中子法、TDR法等，其主要优点是单点测量精度较高，不足是采样点有限加之土壤特性不均一性强，单点数据很难代表大面积状况，同时花费的人力、物力也较大。第二类方法是利用卫星遥感进行土壤含水量与干旱监测。自上世纪 70年代以来，国内外对遥感监测土壤含水量方法进行了大量的研究，取得了大量成果，相对成熟且应用较广的方法有:热惯量法、热红外法、距平植被指数法、植被供水指数法、作物缺水指数法、绿度指数法等。尽管用可见光与近红外及热红外遥感土壤水分是可行的 ,但当地球表面被云层覆盖时，它们则变得无能为力。微波对云层有较强的穿透力，因此微波遥感在土壤水分监测中具有独特的优越性。但微波遥感空间分辨率较光学遥感低，因此为获取高空间分辨率的全天时、全天候土壤含水量与干旱信息，需要将光学遥感与微波遥感结合。 二、技术原理与性能指标 由于干旱的发生及发展有着极其复杂的机理，受到各种因素的影响，导致目前任何一种依靠单一评价指标的干旱监测模型都无法监测干旱发生的全部过程。综合多因子变量，建立综合干旱监测模型是干旱监测领域新的研究方向。 本研究在已有的研究结论基础上，对各种干旱指数在黑龙江省的适用性进行分析，并基于已有的研究结果，提出新的适用性更强的干旱指数-植被垂直干旱指数（vegetation perpendicular drought index, VPDI) 。利用地面站实测土壤水分数据, 对已有的干旱指数和本研究提出的VPDI进行验证和比较, 为植被覆盖情况下土壤水分反演提供一种实用性更强且精度更高的方法。 当地球表面被云层覆盖时，可见光与近红外及热红外遥感土壤含水量则变得无能为力。微波遥感对云层有较强的穿透力，在土壤水分监测中具有很大优势。为了发挥光学遥感对土壤含水量和干旱监测空间分辨率高的优势，以及微波可以穿云透雾，可以实现土壤含水量与干旱全天时、全天候监测的优势，我们将光学遥感与微波遥感进行互补，以获取全天时、全天候、高空间分辨率的土壤水分与干旱信息。 三、技术创造性与先进性 本项目主要目的是实现黑龙江省干旱和土壤水分遥感监测工作，光学遥感干旱反演算法种类较多，每种算法都有其各自的遥感机理，基于不同下垫面和不同季节，各算法有其各自的适用性，因此选取较准确的算法至关重要，本研究基于各反演算法获取各干旱监测结果，并与站点实际测量数据进行对比，以选取适用的干旱监测方法。微波遥感可以穿透云雾，减少云对遥感监测的影响，但微波遥感空间分辨率低，光学遥感空间分辨率较高，但受云影响较大。因此将光学遥感和微波遥感相结合，可以更好地实现干旱监测。 四、技术成熟程度 本项目使用MATLAB软件进行编程，在已有的研究结论基础上，对各种干旱指数在黑龙江省的适用性进行分析，并基于已有的研究结果，提出新的适用性更强的干旱指数-植被垂直干旱指数（VPDI) 。利用地面站实测土壤水分数据, 对已有的干旱指数和本研究提出的VPDI进行验证和比较, 为植被覆盖情况下土壤水分反演提供一种实用性更强且精度更高的方法。适用性分析结果表明：各干旱监测指数受植被覆盖和地表温度影响，在不同的季节具有不同的精确度：4月份植被覆盖度较低，垂直干旱指数（PDI）在黑龙江省适用性最强；5月份全省植被覆盖度逐渐升高，植被调整型垂直干旱指数（VPDI）在黑龙江省适用性最强；5月份后植被覆盖度升高较明显，全省地表温度也逐渐升高，此时植被-温度干旱指数（TVDI）在黑龙江省适用性最强。 当地球表面被云层覆盖时，可见光与近红外及热红外遥感土壤含水量则变得无能为力。微波遥感对云层有较强的穿透力，在土壤水分监测中具有很大优势。为了发挥光学遥感对土壤含水量和干旱监测空间分辨率高的优势，以及微波可以穿云透雾，可以实现土壤含水量与干旱全天时、全天候监测的优势，我们将光学遥感与微波遥感进行互补，以获取全天时、全天候、高空间分辨率的土壤水分与干旱信息。 五、应用情况 本项目在本单位业务中应用将近半年，建立了综合干旱监测模型。同时，将光学遥感和微波遥感进行互补，以获取全天时、全天候、高时空分辨率的土壤水分和干旱信息。初步建立了干旱和土壤含水量监测系统，形成业务能力。经过2年的监测，该系统可以保证干旱监测的准确性，目前已经正式在生态服务产品中应用。该项目成果解决核心业务技术问题、具有提升核心业务能力和水平潜力。为更好的开展生态气象环境服务提供支撑。

黑龙江省生态气象中心

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。