Application study of three remote sensing drought monitoring indices in the eastern Loess Plateau

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0338

Abstract

Abstract:

Studying the applicability of different remote sensing drought monitoring methods in Shanxi Province in the eastern Loess Plateau is of great significance for improving the level of agrometeorological services and disaster prevention and mitigation capabilities in complex terrain areas. In this paper, the terrain and weather parameters in the Crop Water Stress Index (CWSI) were modified by localization using the Fengyun meteorological satellite data and the meteorological station observation data. A comparative analysis was conducted on the performance of three remote sensing drought indexes, the Vegetation Supply Water Index (VSWI), Temperature Vegetation Dryness Index (TVDI) and CWSI in Shanxi Province before and after the rainfall process from May 6 to 12, 2022 and throughout the whole crop growth season. The results showed that CWSI, TVDI and VSWI all showed the same trend as the measured soil moisture before and after a rainfall process. However, when the drought was severe, TVDI and VSWI were easy to underestimated the drought level, otherwise, they were easy to overestimate the drought level, while CWSI was close to the measured soil moisture and could reflect the influence of rainfall on soil moisture in real time. During the whole crop growth season, CWSI showed consistent with the measured soil moisture. TVDI was only close to the measured soil moisture in spring, and the effect was poor in summer and autumn with better vegetation coverage. VSWI was not suitable for drought monitoring in complex terrain areas. In addition, the early cumulative remote sensing drought monitoring results are closer to the surface shallow soil moisture than the monitoring results on the same day. In conclusion, the modified CWSI can effectively reflect the remote sensing drought situation in Shanxi Province, and provides a new attempt for remote sensing drought monitoring in complex areas of the eastern Loess Plateau.

Key words: vegetation index, surface temperature, evapotranspiration, drought monitoring

摘要：

研究不同遥感干旱监测方法在黄土高原东部山西省的适用性，对于提高地形复杂区域农业气象服务水平和防灾减灾能力具有重要意义。本文利用风云气象卫星数据，结合气象站观测资料，通过本地化修正作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index，CWSI）中地形和天气参数，对比分析2022年5月6—12日降雨过程前后及整个作物生长期植被供水指数（Vegetation Supply Water Index，VSWI）、温度植被指数（Temperature Vegetation Dryness Index，TVDI）和CWSI 3种遥感干旱监测指数在山西省的监测效果。结果表明：一次降雨过程前后，CWSI、TVDI、VSWI均表现出与实测土壤墒情同样的变化趋势，但当旱情严重时，TVDI、VSWI易低估旱情等级，反之，则易高估旱情等级，而CWSI均接近于实测土壤墒情，并能够实时反映降雨对土壤墒情的影响；整个作物生长期，CWSI均与实测墒情相吻合，TVDI只在春季时与实测墒情接近，对于植被覆盖较好的夏、秋季则效果较差，VSWI则不适用于地形复杂区域干旱监测。此外，前期累积遥感干旱监测结果比当天监测结果更接近于地表浅层土壤墒情。总之，修正后CWSI能够有效反映山西省遥感干旱状况，为黄土高原复杂地形区遥感干旱监测提供了新的尝试。

关键词: 植被指数, 地表温度, 蒸散发, 干旱监测

CLC Number:

TIAN Guozhen, REN Yuhuan, YANG Qian, HUANG Xiaoyan, ZHAO Sinan, ZUO Xiaorui, LI Zhicai. Application study of three remote sensing drought monitoring indices in the eastern Loess Plateau[J]. Journal of Arid Meteorology, 2024, 42(3): 338-346.

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Figures/Tables 6

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等级	类型	土壤相对湿度（R）	CWSI	TVDI	VSWI
1	无旱	0.6<R≤1.0	0˂CWSI≤0.4	0˂TVDI≤0.55	0.9˂VSWI
2	轻旱	0.5˂R≤0.6	0.4˂CWSI≤0.5	0.55˂TVDI≤0.65	0.8˂VSWI≤0.9
3	中旱	0.4˂R≤0.5	0.5˂CWSI≤0.6	0.65˂TVDI≤0.75	0.7˂VSWI≤0.8
4	重旱	0.3˂R≤0.4	0.6˂CWSI≤0.7	0.75˂TVDI≤0.85	0.6˂VSWI≤0.7
5	特旱	0˂R≤0.3	0.7˂CWSI≤1.0	0.85˂TVDI≤1.00	0˂VSWI≤0.6

等级	类型	土壤相对湿度（R）	CWSI	TVDI	VSWI
1	无旱	0.6<R≤1.0	0˂CWSI≤0.4	0˂TVDI≤0.55	0.9˂VSWI
2	轻旱	0.5˂R≤0.6	0.4˂CWSI≤0.5	0.55˂TVDI≤0.65	0.8˂VSWI≤0.9
3	中旱	0.4˂R≤0.5	0.5˂CWSI≤0.6	0.65˂TVDI≤0.75	0.7˂VSWI≤0.8
4	重旱	0.3˂R≤0.4	0.6˂CWSI≤0.7	0.75˂TVDI≤0.85	0.6˂VSWI≤0.7
5	特旱	0˂R≤0.3	0.7˂CWSI≤1.0	0.85˂TVDI≤1.00	0˂VSWI≤0.6

站点	时间段	TVDI	VSWI	CWSI
偏关	4—10月上旬	0.39	0.57**	-0.70**
	4—5月	-0.26	0.26	0.23
	6—10月上旬	-0.17	-0.04	-0.24
平定	4—10月上旬	0.10	0.33	-0.66**
	4—5月	-0.86**	-0.71*	-0.74*
	6—10月上旬	0.07	0.37	-0.74**
清徐	4—10月上旬	0.22	0.26	-0.74**
	4—5月	-0.74*	-0.46	-0.77*
	6—10月上旬	0.30	0.22	-0.71**
潞城	4—10月上旬	-0.11	0.29	-0.68**
	4—5月	-0.78*	-0.38	-0.71*
	6—10月上旬	0.09	0.37	-0.76**
长治	4—10月上旬	0.16	0.47	-0.76**
	4—5月	-0.71*	-0.62	-0.43
	6—10月上旬	0.03	0.49	-0.83**
晋城	4—10月上旬	0.13	0.19	-0.78**
	4—5月	-0.42	0.14	-0.90**
	6—10月上旬	-0.06	-0.09	-0.68**

站点	时间段	TVDI	VSWI	CWSI
偏关	4—10月上旬	0.39	0.57**	-0.70**
	4—5月	-0.26	0.26	0.23
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平定	4—10月上旬	0.10	0.33	-0.66**
	4—5月	-0.86**	-0.71*	-0.74*
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清徐	4—10月上旬	0.22	0.26	-0.74**
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	6—10月上旬	0.30	0.22	-0.71**
潞城	4—10月上旬	-0.11	0.29	-0.68**
	4—5月	-0.78*	-0.38	-0.71*
	6—10月上旬	0.09	0.37	-0.76**
长治	4—10月上旬	0.16	0.47	-0.76**
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晋城	4—10月上旬	0.13	0.19	-0.78**
	4—5月	-0.42	0.14	-0.90**
	6—10月上旬	-0.06	-0.09	-0.68**