2000–2017 年江汉平原耕地遥感植被指数数据集

陈迪，吴定峰

1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100086

2.中国农业科学院农业信息研究所，北京 100086

引 言

基于地物的光谱特征，将不同遥感通道信号特征进行综合分析运算得到的遥感光谱指数是方便快捷地监测地物状态的重要手段[1]。植被指数是一种广泛使用的遥感光谱指数，反映的是地上植被生长的密度和茂盛度[2]，耕地植被指数是反映耕地作物生长情况和田间生态环境状态的重要指标，被广泛应用于农业区划和农业环境监测领域。江汉平原是我国自古以来有名的鱼米之乡，是我国少有的能大量出产稻，麦，粟，棉，麻，油，糖，鱼，菜的地区[3]。针对江汉平原耕地的各类植被指数数据集鲜有公开。与其他数据相比，MODIS（Moderate-resolution imaging spectroradiometer，中分辨率成像光谱仪）遥感数据具有持续时间长、光谱范围广、时间分辨率高的特点，可以提供长时间序列的周期性对地观测服务。本数据集以2000–2017 年江汉平原的MODIS 数据为基础，整理出6 种常用的遥感植被指数数据，对于研究江汉平原作物生长规律和耕地环境变迁具有重要的意义。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集方法

本数据集利用2000–2017 年时序MODIS 数据计算获得。MODIS 是一种重要的光谱传感器，被安装于Terra 和Aqua 太阳同步极轨卫星上。Terra MODIS 和Aqua MODIS 每1–2 天对地球表面观测一次。MODIS 数据的光谱范围是0.4–14.5 μm，共36 个波段，其星下点空间分辨率分别为：第1–2 波段250 m、第3–7 波段500 m、第8–36 波段1000 m。本数据集采用8 天合成的MODIS/Terra 地表反射率Collection 6 产品（MOD09A1 V006），数据空间分辨率500 m，且经过大气校正并已转换为标准正弦（Sinusoidal）投影。2000–2017 年江汉平原的MOD09A1 V006 产品从NASA EARTHDATA网站（https://earthdata.nasa.gov）下载。

本数据集的耕地区域利用美国波士顿大学生产的全球地表覆盖产品（MCD12Q1 V006）进行提取。MCD12Q1 V006 是利用增强型植被指数及MODIS 1–7 波段的光谱特征和时间特征，使用贝叶斯规则调整类条件概率，进行决策树分类生产的，空间分辨率500 m[4]，可从NASA EARTHDATA网站（https://earthdata.nasa.gov）下载。需要说明的是，由于该产品从2001 年开始每年发布一期，2000 年的耕地区域使用2001 年的产品进行提取。

1.2 数据处理方法

首先利用NASA 开发的MODIS转投影工具（MODIS Reprojection Tool，MRT）对MOD09A1 V006数据进行拼接和投影转换，再利用江汉平原的区划图对数据进行裁剪。最后输出的数据为Geo TIFF格式，采用Geographic 投影，WGS84 基准面，空间分辨率500 m。利用处理后的MOD09A1 数据计算6 种遥感植被指数：归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）[5]、增强型植被指数（Enhanced vegetation index，EVI）[6]、差值植被指数（Difference Vegetation Index，DVI）[7]、比值植被指数（Ratio Vegetation Index，RVI）[8]、调整土壤亮度植被指数（Soil-Adjusted Vegetation Index，SAVI）[9]、植被水分指数/归一化水指数（Normalized Difference Water Index，NDWI）[10]。6 种指数计算公式如下。其中，b1为MOD09A1 包含的红光波段（620–670 nm），b2为近红外波段（841–876 nm），b3为蓝光波段（459–479 nm），b5为中红外波段（1230–1250 nm）。

NDVI 计算公式为：

EVI 计算公式为：

RVI 计算公式为：

DVI 计算公式为：

SAVI 计算公式为：

式中，L 取值为0.5。NDWI 计算公式为：

2 数据样本描述

2.1 数据组成

本数据集包含2000–2017 年江汉平原耕地区域的NDVI、EVI、RVI、DVI、SAVI、NDWI 六种遥感植被指数。其空间分辨率500 m，采用Geographic 投影，WGS84 坐标系，总数据量37.4 MB。每一种植被指数单独打包为一个rar 压缩包，每个压缩包内文件按年份命名，命名规则为“研究区缩写_植被指数名称_数值类型_年份”，如JH_NDVI_mean_2000。每年有tfw、tif、tif.aux.xml 3 个文件，分别是影像坐标信息文件、影像文件、影像辅助信息文件。

2.2 数据样本

通过本文1.2 节中的数据处理方法，得到江汉平原耕地区域500 m 分辨率的植被指数数据，数据样本如图1 所示。

图1 江汉平原遥感植被指数数据年均值样本

3 数据质量控制和评估

本数据集生产过程中基于MOD09A1 的质量控制文件进行了严格的质量控制，将数据进行异常值剔除、填充值处理等操作以确保数据质量。数据处理过程采用自动化程序完成，并进行了人工复验。需特别说明的是，由于缺少2000 年的地表覆盖数据，本数据集中2000 年的耕地区域是使用2001年地表覆盖数据产品提取的，可能导致本数据集中2000 年的耕地数据与实际有些微差异。

4 数据使用方法和建议

本数据集可通过国家农业科学数据中心在线服务门户（www.agridata.cn）下载获取，对数据的可视化使用建议通过ArcMap 进行加载，在ArcGIS 软件中可对本数据集中的数据进行提取、重组、计算处理等一系列操作。以本数据集为基础可开展江汉平原作物种植和生长情况的历史溯源研究，本数据集亦可作为江汉平原农田生态演进研究的基础性数据。

致 谢

感谢常乃杰博士在本数据集数据处理过程中提供的无私帮助，感谢周清波研究员和吴文斌研究员在本数据集收集整理过程中提供的指导。