兰州市南北两山土壤水分遥感反演及植被需水量估算

分类： 地球科学 >> 地理学 提交时间： 2024-06-12 合作期刊: 《干旱区研究》

张华 押海廷 徐存刚

摘要： 探究西北干旱区土壤水分和植被需水量动态变化特征，可为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。基于此，以兰州市南北两山为研究区，Sentinel-2 L2A和Landsat8 OLI遥感影像，结合实测土壤0~10 cm的111个数据，分别构建垂直干旱指数（Perpendicular Drought Index，PDI）、改进型垂直干旱指数（Modified Perpendicular Drought Index，MPDI）和植被调整垂直干旱指数（Vegetation-adjusted Perpendicular Drought Index，VAPDI）土壤水分反演模型，并采用4种模型指标定量决定系数（R2）、平均绝对误差（MAE）、平均相对误差（MRE）、均方根误差（RMSE）对模型反演的效果进行精度评价，选出最优的土壤水分反演模型并结合土壤水分限制系数，与研究区2019年林地、草地和耕地植被面积的空间数据、各站点生长季内的参考作物蒸散量，最后构建植被生态需水量模型，厘清研究区内土壤水分、植被需水量时空变化特征，结果表明：（1）2种数据源下的 PDI、MPDI、VAPDI 和实测数据之间均有着不同程度线性负相关性，其中R2分别为0.37、0.64和0.59，从评价指标的结果来看，MPDI的土壤水分回归模型的拟合决定系数最高，两种遥感数据反演的土壤水分空间分布格局具有一致性。（2）分辨率高的Sentinel-2 L2A土壤水分反演更加精细，土壤水分整体呈波动增长趋势，多时段土壤水分的平均值为23.27%，呈现出降低再增加然后下降，总体增幅为74.07%。（3）兰州市南北两山4—10月植被需水量月均值呈现增加然后下降，与土壤水分含量变化具有一致性，4—10月中7月植被需水量值最大，为3.98×107 m3，10月植被生态需水量最小，为0.97×107 m3，出现在10月。随着环境绿化工程的实施，兰州市南北两山从只能生长耐旱草本和低矮灌木的植物，逐步形成以多种类结合的群落结构。本研究可为兰州市南北两山土壤水资源合理利用及植被恢复提供参考。

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