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高分辨率遥感影像的糖料蔗生长期NDVI时序变化分析——以广西崇左市

一、1.研究背景与意义

(1)随着全球人口的增长和经济发展，对糖料蔗的需求量持续上升。糖料蔗作为重要的经济作物，其产量和质量直接影响到国家的糖业发展和农民的经济收入。广西崇左市作为我国重要的糖料蔗生产基地，其糖料蔗种植面积和产量在全国占有重要地位。然而，近年来，受气候变化、土壤退化等因素的影响，糖料蔗产量波动较大，品质下降，对糖业生产和农民收益造成了一定影响。因此，深入研究糖料蔗的生长规律和生长期变化，对于提高糖料蔗产量和品质，促进糖业可持续发展具有重要意义。

(2)高分辨率遥感影像作为一种非破坏性监测手段，能够实时、大范围地获取地表植被信息，为农业监测和管理提供了有力支持。近年来，随着遥感技术的发展，高分辨率遥感影像在农业领域的应用日益广泛。特别是在糖料蔗种植区域，利用高分辨率遥感影像监测糖料蔗的生长期变化，可以及时掌握糖料蔗的生长状况，为农业生产提供科学依据。例如，2019年，广西崇左市利用高分辨率遥感影像监测了糖料蔗的生长情况，结果显示，该市糖料蔗种植面积达到120万亩，产量约为100万吨，同比增长5%。这一数据表明，高分辨率遥感影像在糖料蔗生产监测中具有显著的应用价值。

(3)糖料蔗的生长期变化是影响其产量和品质的关键因素。NDVI（归一化植被指数）作为反映植被生长状况的重要指标，能够有效反映糖料蔗的生长动态。通过对高分辨率遥感影像进行NDVI计算，可以分析糖料蔗生长期的时序变化，为农业生产提供决策支持。以广西崇左市为例，通过对2018年至2020年期间的高分辨率遥感影像进行NDVI计算，分析得出，糖料蔗生长期主要集中在每年的4月至9月，这一时期内NDVI值呈现先升高后降低的趋势。同时，通过对不同生长阶段NDVI值的变化分析，可以为糖料蔗的灌溉、施肥等田间管理提供科学依据，提高糖料蔗产量和品质。

二、2.研究区域与方法

(1)本研究选取广西崇左市作为研究区域，该区域位于中国南部，属于亚热带季风气候，拥有得天独厚的糖料蔗种植条件。崇左市糖料蔗种植面积广阔，是广西乃至全国糖料蔗生产的重要基地。研究区域内的糖料蔗种植历史悠久，种植技术成熟，具有典型的亚热带糖料蔗种植生态特征。

(2)研究方法主要包括以下几方面：首先，收集2018年至2020年的高分辨率遥感影像数据，包括Landsat8、Sentinel-2等卫星影像；其次，利用遥感图像处理软件对影像进行预处理，包括辐射校正、大气校正等；然后，通过计算归一化植被指数（NDVI）来评估糖料蔗的生长期变化；接着，结合地面调查数据，分析不同生长阶段NDVI的变化规律；最后，运用统计分析方法，对糖料蔗生长期NDVI时序变化进行定量分析。

(3)数据处理与分析过程中，采用了以下技术手段：利用ENVI软件进行遥感影像预处理；采用ArcGIS软件进行空间分析和地图制作；运用SPSS软件进行统计分析；同时，结合气象数据、土壤数据等辅助信息，对糖料蔗生长期NDVI时序变化进行综合分析。通过这些方法，本研究旨在揭示广西崇左市糖料蔗生长期NDVI的时空变化特征，为糖料蔗生产管理和决策提供科学依据。

三、3.数据处理与NDVI计算

(1)数据处理是遥感影像分析的基础，本研究中，首先对收集到的Landsat8和Sentinel-2高分辨率遥感影像进行预处理。预处理步骤包括辐射校正、大气校正、几何校正和投影转换。辐射校正旨在消除传感器辐射响应的畸变，大气校正则用于去除大气对地表反射率的影响，几何校正确保影像的几何精度，而投影转换则将影像转换为统一的空间坐标系。通过对这些预处理步骤的执行，可以确保后续NDVI计算结果的准确性和可靠性。

(2)在预处理完成后，对遥感影像进行NDVI计算。NDVI是反映植被生长状况的重要指标，计算公式为NDVI=(NIR-Red)/(NIR+Red)，其中NIR代表近红外波段，Red代表红光波段。通过计算每个像元的NDVI值，可以分析糖料蔗植被覆盖度的时空变化。在计算过程中，考虑到云层和大气污染等因素对NDVI的影响，采用了云掩膜技术去除云层影响，并使用大气校正后的数据提高NDVI计算的精度。此外，为了减少噪声和异常值的影响，对NDVI影像进行了空间平滑处理。

(3)为了得到糖料蔗生长期的NDVI时序变化，本研究选取了崇左市糖料蔗主要生长季的遥感影像进行连续分析。首先，根据气象数据确定了糖料蔗的生长关键期，如萌芽期、生长期、开花期和收获期。然后，分别对这些关键期的遥感影像进行NDVI计算，并记录每个关键期的NDVI平均值。通过对比不同生长阶段NDVI值的变化，可以分析糖料蔗的生长动态，如生长速度、生长状况等。此外，结合地面调查数据，对NDVI结果进行验证和校正，确保分