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        河南省冬小麥估產(chǎn)
        ——基于MODIS-EVI和NDVI模型

        2016-08-22 06:15:17宋雅寧于強靜
        環(huán)球市場 2016年5期
        關(guān)鍵詞:估產(chǎn)對數(shù)冬小麥

        張 帝 宋雅寧 于強靜

        河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院

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        河南省冬小麥估產(chǎn)
        ——基于MODIS-EVI和NDVI模型

        張 帝 宋雅寧 于強靜

        河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院

        糧食問題關(guān)乎國計民生,本文筆者選取河南省的3、4、5月的EVI和NDVI數(shù)據(jù),得到精度較高的產(chǎn)量預(yù)測模型。結(jié)果表明:(1)5月EVI與小麥產(chǎn)量相關(guān)性最高,并得出精度較高的多元回歸模型。(2)EVI可能比NDVI更適合于估產(chǎn)建模。

        冬小麥估產(chǎn);NDVIEVI;相關(guān)分析;回歸分析

        一、研究區(qū)概況

        河南省全省多平原地區(qū),處于中國的中東部分。其地理位置介于31.38°-36.37°N和110.35°-116.39°E。全省總面積達到16.7萬平方公里,全年無霜期為275-308天。小麥?zhǔn)呛幽鲜≈饕N植的農(nóng)作物。

        二、數(shù)據(jù)處理

        本文選取的數(shù)據(jù)主要來源于NASA官網(wǎng)的MODIS(1km)數(shù)據(jù)、河南省區(qū)劃圖以及2000年-2014年的河南省統(tǒng)計年鑒中冬小麥實際產(chǎn)量。選擇3月、4月、5月三個月的MODIS數(shù)據(jù)來對和河南省冬小麥估產(chǎn)建模進行研究。

        三、NDVI與EVI建模

        (一)NDVI與EVI十五年間的變化趨勢

        1.NDVI與EVI的定義

        目前,EVI與NDVI是使用較為頻繁的植被指數(shù)。NDVI即歸一化植被指數(shù),其計算公式為(1):

        其中,ρNIR代表植被在近紅外波段的反射率、ρRED代表植被在紅光波段的反射率。其數(shù)值介于-1到1之間。而增強型植被指數(shù)又加入了藍光波段,可以對土壤背景及大氣進行訂正,使得EVI具有NDVI指數(shù)所不具有的季節(jié)性。其計算公式為(2):

        ρNIR代表植被在近紅外波段的反射率、ρRED代表植被在紅光波段的反射率、ρBLUE代表植被在藍光波段的反射率。

        2.河南省NDVI與EVI十五年間的變化趨勢

        對2000年-2014年河南省的3月、4月、5月的EVI及NDVI數(shù)據(jù)進行處理,得到其均值,并統(tǒng)計得出:3、4、5月的EVI數(shù)據(jù)在2000年-2014年的變化趨勢與走向大同小異,總體而言,3月、4月趨勢較為接近;4月、5月數(shù)值比較相近。

        圖1 EVI十五年間變化趨勢

        NDVI數(shù)據(jù)分析結(jié)果:其變化趨勢與EVI數(shù)據(jù)類似。

        圖2 NDVI十五年間變化趨勢

        對比兩張折線圖可以看出:EVI與NDVI的數(shù)值并不同,但各月份的變化趨勢相似,差異較小。

        圖3 糧食產(chǎn)量十五年間變化趨勢

        對比圖3與圖1、圖2可知:糧食產(chǎn)量十五年間的變化趨勢與5月的變化趨勢最為接近。

        (二)3、4、5月NDVIEVI與實際產(chǎn)量的分析

        1.NDVIEVI與產(chǎn)量的相關(guān)分析

        圖1、圖2可以看出EVI與NDVI的變化趨勢大致相同。分別將3月、4月、5月的EVI數(shù)據(jù)與NDVI數(shù)據(jù)與河南省統(tǒng)計年鑒中的小麥實際產(chǎn)量進行相關(guān)分析。如下所示:

        表1 NDVIEVI數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量的相關(guān)分析

        將6組數(shù)據(jù)與河南省2000年-2014年小麥實際產(chǎn)量進行相關(guān)分析,可以初步得出:5月EVI數(shù)據(jù)與小麥實際產(chǎn)量的相關(guān)性最高。

        2.經(jīng)對數(shù)變換的NDVIEVI與產(chǎn)量的回歸分析

        取表1的六組數(shù)據(jù)的對數(shù)分別與河南省實際產(chǎn)量的對數(shù)建立散點圖并分別求出其模型以及R2,然后對比分析:

        5 月的EVI對數(shù)數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量對數(shù)數(shù)據(jù)的擬合精度最高,其次為5月的NDVI對數(shù)數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量對數(shù)數(shù)據(jù)的擬合精度。并且都達到了0.05的置信水平。

        (三)3、4、5月NDVIEVI累計與實際產(chǎn)量的分析

        1.月份累計的NDVIEVI與產(chǎn)量的相關(guān)分析

        5 月的EVI數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量的相關(guān)性最高,接下來將三個月的數(shù)據(jù)累加與實際產(chǎn)量做相關(guān)分析,然后與單個月份相比較:

        3 月、5月的EVI累加數(shù)據(jù)與河南省實際小麥產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最高,5月的EVI數(shù)據(jù)相關(guān)性最高,達到了0.813。

        2.NDVIEVI與產(chǎn)量的回歸分析

        取八組對數(shù)數(shù)據(jù)分別與河南省實際產(chǎn)量對數(shù)數(shù)據(jù)建立散點圖并分別求出其回歸模型以及R2,然后對比:

        經(jīng)對數(shù)變換的3月、5月累加EVI與河南省小麥實際產(chǎn)量的擬合精度最高,經(jīng)對數(shù)變換的4月、5月累加EVI與河南省小麥實際產(chǎn)量的擬合精度高,3月、5月累加的NDVI與4月、5月累加的NDVI數(shù)據(jù)與實際產(chǎn)量的擬合精度較高。由此可知,3月、4月份的數(shù)據(jù)相比5月,與小麥產(chǎn)量的相關(guān)性不是很高。

        (四)多元回歸分析建模結(jié)果與驗證

        1.多元線性回歸建模與分析

        經(jīng)研究表明:5月EVI數(shù)據(jù)模型的R值達到了0.813,R2達到了0.668,F(xiàn)值也達到了0.05的置信水平。因此,5月的EVI最適合對河南省冬小麥進行估產(chǎn)建模。

        表2 一元回歸模型

        2.多元線性回歸建模的驗證

        與一元回歸模型相比,多元回歸模型精度更高。用2014年河南省小麥的實際產(chǎn)量對多元回歸線性模型進行驗證,如表3:

        表3 多元回歸模型的驗證

        四、結(jié)果分析

        本文選取河南省2000年-2014年的3月到5月的MODIS-EVI 與NDVI數(shù)據(jù)對小麥估產(chǎn)進行研究,分別對3月、4月、5月以及月份的累加進行相關(guān)分析和回歸分析,并對EVI和NDVI的估產(chǎn)適宜性進行了對比,證明了5月份的EVI與實際產(chǎn)量的相關(guān)性最高。本文通過選取河南省冬小麥生長關(guān)鍵期的EVI與NDVI數(shù)據(jù)來進行遙感估產(chǎn),獲得以下結(jié)論:

        (1)全年之中5月是生長最為關(guān)鍵的月份,對小麥產(chǎn)量的影響最大。

        (2)EVI較NDVI而言,EVI對冬小麥的遙感估產(chǎn)精度較高,EVI更適合估產(chǎn)。

        基于此在將來的研究中可以多種結(jié)合多種模型進行預(yù)測冬小麥的產(chǎn)量,加入氣象因子,土壤濕度等多個參數(shù)提高模型的精度使預(yù)測更加準(zhǔn)確。

        [1]賀振,賀俊平.基于NOAA—NDVI的河南省冬小麥遙感估產(chǎn)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27(5):46-53.

        [2]趙亞光,張粲,候璠,等.多參數(shù)冬小麥估產(chǎn)模型研究及產(chǎn)量影響因素分析[N].中國農(nóng)學(xué)通報,2015,31(29):241-247.

        [3]李軍玲,郭其樂,彭記永.基于MODIS數(shù)據(jù)的河南省冬小麥產(chǎn)量遙感估算模型[N].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012,21(10):1665-1669.

        張帝(1995.07.01—)男,漢族,河南南陽人,河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,2013級本科生,人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)。

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