农业用水效率遥感评价方法

农业用水效率（包括灌溉用水效率和作物水分生产率）的定量评价是农业用水管理的重要基础。本书以中国干旱区优选的灌区和优选的引黄灌区（河套灌区）为典型区，建立了混合双源梯形状态空间遥感蒸散发模型、作物分布遥感识别的植被植物-物候指数椭圆状态空间模型、作物遥感估产的随机森林模型，分析了研究区蒸散发、作物分布及产量的动态变化与空间分布规律，提出灌溉用水效率和作物水分生产率定量评价的遥感方法，得到了区域作物种植适宜度的空间分布和作物空间布局优化结果，为区域水资源高效利用和农业可持续发展提供技术支撑。

前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 农业用水效率遥感评价研究进展 2
1.2.1 农业用水效率的概念 2
1.2.2 作物耗水（蒸散发）估算方法 3
1.2.3 瞬时蒸散发的升尺度方法 6
1.2.4 基于遥感蒸散发的灌溉用水效率评价方法 8
1.2.5 作物种植分布遥感识别 9
1.2.6 作物遥感估产 13
1.2.7 作物水分生产率及种植适宜度评价 15
1.2.8 作物种植结构优化 16
1.3 研究内容及技术路线 17
1.3.1 数据收集 18
1.3.2 模型开发 19
1.3.3 规律分析 19
1.3.4 农业用水效率评价 20
1.3.5 作物种植结构空间优化 20
第2章 混合双源梯形遥感蒸散发模型及其验证 21
2.1 概述 21
2.2 模型建立 23
2.2.1 混合双源模式 23
2.2.2 植被指数-地表温度梯形特征空间 25
2.2.3 瞬时蒸散发的日内升尺度转换 27
2.3 模型验证Ⅰ——雨养农业区 28
2.3.1 研究区域与数据 28
2.3.2 通量观测站模拟结果验证 29
2.3.3 区域模拟结果 32
2.3.4 模型比较 33
2.3.5 模型敏感性分析 35
2.4 模型验证Ⅱ——灌溉农田 37
2.4.1 研究站点与数据 37
2.4.2 站点模拟结果验证 38
2.4.3 土壤蒸发与植被蒸腾过程 40
2.4.4 模型比较 42
2.5 模型验证Ⅲ——灌木林 43
2.5.1 研究站点与数据 43
2.5.2 模拟结果 44
2.6 小结 49
第3章 河套灌区蒸散发时空变化规律 51
3.1 概述 51
3.2 河套灌区简介 51
3.3 蒸散发计算的数据及方法 54
3.3.1 TSEB 模型和HTEM 模型简介 54
3.3.2 蒸散发量的升尺度转换 56
3.3.3 数据来源及预处理 57
3.3.4 模型评价 58
3.4 河套灌区蒸散发计算结果及分析 59
3.4.1 TSEB 模型和HTEM 模型验证 59
3.4.2 蒸散发及蒸发、蒸腾的空间分布 60
3.4.3 农田蒸散发分析 66
3.4.4 其他土地利用类型蒸散发分析 69
3.5 小结 71
第4章 河套灌区灌溉用水效率评价 72
4.1 概述 72
4.2 基于遥感蒸散发的灌区灌溉用水效率评价方法 73
4.2.1 灌溉地-非灌溉地水量平衡模型 73
4.2.2 灌溉水有效利用系数的确定方法 74
4.3 河套灌区灌溉用水效率评价结果 74
4.3.1 水量平衡方程各分量及灌溉水有效利用系数计算结果 74
4.3.2 灌溉水有效利用系数的经验估算模型及其影响因素 77
4.4 小结 79
第5章 基于高分辨率遥感影像的主要作物识别方法及应用 80
5.1 概述 80
5.2 研究区域与数据来源 80
5.2.1 研究区域 80
5.2.2 现场采样和验证数据 83
5.2.3 卫星遥感数据及数据预处理 84
5.2.4 其他辅助数据 85
5.3 基于植被指数与物候指数特征空间的作物分布识别模型 86
5.3.1 植被指数与物候指数特征值的提取 86
5.3.2 作物识别的特征椭圆模型 88
5.4 结果与讨论 92
5.4.1 不同作物分类模型识别结果对比分析 92
5.4.2 很优作物分类模型识别结果分析 93
5.4.3 灌区玉米和向日葵的时空分布 95
5.5 小结 96
第6章 基于随机森林算法的主要作物估产模型及应用 98
6.1 概述 98
6.2 数据与方法 99
6.2.1 数据来源 99
6.2.2 数据处理及模型输入的确定 100
6.2.3 随机森林（RF）算法 102
6.2.4 模型率定及验证 102
6.3 结果与讨论 103
6.3.1 像元尺度的RF 估产模型率定 103
6.3.2 灌区及县级尺度的RF 模型验证 104
6.3.3 作物产量的时空分布 106
6.4 小结 109
第7章 像元尺度下灌区作物水分生产率及种植适宜度评价 110
7.1 概述 110
7.2 研究方法 111
7.2.1 基于NDVI 时间序列的作物生育期确定 111
7.2.2 作物水分生产率估算 113
7.2.3 作物种植适宜度指数构建及种植结构优化 114
7.3 结果与讨论 115
7.3.1 玉米和向日葵生育期估算值的验证 115
7.3.2 模型估算蒸散发的验证及主要作物生育期内耗水量分析 116
7.3.3 灌区玉米和向日葵水分生产率的空间分布 118
7.3.4 灌区玉米和向日葵的种植适宜度评价 121
7.3.5 基于作物种植适宜度的灌区玉米和向日葵种植分布优化 125
7.4 小结 128
第8章 不同尺度下河套灌区主要作物种植分布优化 130
8.1 概述 130
8.2 数据与方法 131
8.2.1 作物种植结构优化模型的建立与求解 131
8.2.2 数据来源及处理 132
8.3 结果与讨论 133
8.3.1 县级尺度下玉米和向日葵种植结构优化结果 133
8.3.2 3000m×3000m网格尺度下玉米和向日葵种植结构优化结果 134
8.3.3 300m×300m网格尺度下玉米和向日葵种植结构优化结果 139
8.3.4 作物种植结构优化前后灌区经济效益及作物耗水量的比较 145
8.4 小结 147
第9章 总结与展望 149
9.1 主要研究成果 149
9.1.1 混合双源遥感蒸散发模型HTEM 149
9.1.2 河套灌区蒸散发时空变化规律 150
9.1.3 河套灌区灌溉用水效率评价 150
9.1.4 河套灌区主要作物分布遥感识别 151
9.1.5 河套灌区主要作物遥感估产 151
9.1.6 河套灌区主要作物水分生产率和种植适宜度评价 152
9.1.7 河套灌区主要作物种植结构空间优化 153
9.2 研究中的不足与展望 153
参考文献 155