●前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 農業用水效率遙感評價研究進展 2
1.2.1 農業用水效率的概念 2
1.2.2 作物耗水（蒸散發）估算方法 3
1.2.3 瞬時蒸散發的升尺度方法 6
1.2.4 基於遙感蒸散發的灌溉用水效率評價方法 8
1.2.5 作物種植分布遙感識別 9
1.2.6 作物遙感估產 13
1.2.7 作物水分生產率及種植適宜度評價 15
1.2.8 作物種植結構優化 16
1.3 研究內容及技術路線 17
1.3.1 數據收集 18
1.3.2 模型開發 19
1.3.3 規律分析 19
1.3.4 農業用水效率評價 20
1.3.5 作物種植結構空間優化 20
第2章 混合雙源梯形遙感蒸散發模型及其驗證 21
2.1 概述 21
2.2 模型建立 23
2.2.1 混合雙源模式 23
2.2.2 植被指數-地表溫度梯形特征空間 25
2.2.3 瞬時蒸散發的日內升尺度轉換 27
2.3 模型驗證Ⅰ——雨養農業區 28
2.3.1 研究區域與數據 28
2.3.2 通量觀測站模擬結果驗證 29
2.3.3 區域模擬結果 32
2.3.4 模型比較 33
2.3.5 模型敏感性分析 35
2.4 模型驗證Ⅱ——灌溉農田 37
2.4.1 研究站點與數據 37
2.4.2 站點模擬結果驗證 38
2.4.3 土壤蒸發與植被蒸騰過程 40
2.4.4 模型比較 42
2.5 模型驗證Ⅲ——灌木林 43
2.5.1 研究站點與數據 43
2.5.2 模擬結果 44
2.6 小結 49
第3章 河套灌區蒸散發時空變化規律 51
3.1 概述 51
3.2 河套灌區簡介 51
3.3 蒸散發計算的數據及方法 54
3.3.1 TSEB 模型和HTEM 模型簡介 54
3.3.2 蒸散發量的升尺度轉換 56
3.3.3 數據來源及預處理 57
3.3.4 模型評價 58
3.4 河套灌區蒸散發計算結果及分析 59
3.4.1 TSEB 模型和HTEM 模型驗證 59
3.4.2 蒸散發及蒸發、蒸騰的空間分布 60
3.4.3 農田蒸散發分析 66
3.4.4 其他土地利用類型蒸散發分析 69
3.5 小結 71
第4章 河套灌區灌溉用水效率評價 72
4.1 概述 72
4.2 基於遙感蒸散發的灌區灌溉用水效率評價方法 73
4.2.1 灌溉地-非灌溉地水量平衡模型 73
4.2.2 灌溉水有效利用繫數的確定方法 74
4.3 河套灌區灌溉用水效率評價結果 74
4.3.1 水量平衡方程各分量及灌溉水有效利用繫數計算結果 74
4.3.2 灌溉水有效利用繫數的經驗估算模型及其影響因素 77
4.4 小結 79
第5章 基於高分辨率遙感影像的主要作物識別方法及應用 80
5.1 概述 80
5.2 研究區域與數據來源 80
5.2.1 研究區域 80
5.2.2 現場采樣和驗證數據 83
5.2.3 衛星遙感數據及數據預處理 84
5.2.4 其他輔助數據 85
5.3 基於植被指數與物候指數特征空間的作物分布識別模型 86
5.3.1 植被指數與物候指數特征值的提取 86
5.3.2 作物識別的特征橢圓模型 88
5.4 結果與討論 92
5.4.1 不同作物分類模型識別結果對比分析 92
5.4.2 很優作物分類模型識別結果分析 93
5.4.3 灌區玉米和向日葵的時空分布 95
5.5 小結 96
第6章 基於隨機森林算法的主要作物估產模型及應用 98
6.1 概述 98
6.2 數據與方法 99
6.2.1 數據來源 99
6.2.2 數據處理及模型輸入的確定 100
6.2.3 隨機森林（RF）算法 102
6.2.4 模型率定及驗證 102
6.3 結果與討論 103
6.3.尺度的RF 估產模型率定 103
6.3.2 灌區及縣級尺度的RF 模型驗證 104
6.3.3 作物產量的時空分布 106
6.4 小結 109
第7尺度下灌區作物水分生產率及種植適宜度評價 110
7.1 概述 110
7.2 研究方法 111
7.2.1 基於NDVI 時間序列的作物生育期確定 111
7.2.2 作物水分生產率估算 113
7.2.3 作物種植適宜度指數構建及種植結構優化 114
7.3 結果與討論 115
7.3.1 玉米和向日葵生育期估算值的驗證 115
7.3.2 模型估算蒸散發的驗證及主要作物生育期內耗水量分析 116
7.3.3 灌區玉米和向日葵水分生產率的空間分布 118
7.3.4 灌區玉米和向日葵的種植適宜度評價 121
7.3.5 基於作物種植適宜度的灌區玉米和向日葵種植分布優化 125
7.4 小結 128
第8章 不同尺度下河套灌區主要作物種植分布優化 130
8.1 概述 130
8.2 數據與方法 131
8.2.1 作物種植結構優化模型的建立與求解 131
8.2.2 數據來源及處理 132
8.3 結果與討論 133
8.3.1 縣級尺度下玉米和向日葵種植結構優化結果 133
8.3.2 3000m×3000m網格尺度下玉米和向日葵種植結構優化結果 134
8.3.3 300m×300m網格尺度下玉米和向日葵種植結構優化結果 139
8.3.4 作物種植結構優化前後灌區經濟效益及作物耗水量的比較 145
8.4 小結 147
第9章 總結與展望 149
9.1 主要研究成果 149
9.1.1 混合雙源遙感蒸散發模型HTEM 149
9.1.2 河套灌區蒸散發時空變化規律 150
9.1.3 河套灌區灌溉用水效率評價 150
9.1.4 河套灌區主要作物分布遙感識別 151
9.1.5 河套灌區主要作物遙感估產 151
9.1.6 河套灌區主要作物水分生產率和種植適宜度評價 152
9.1.7 河套灌區主要作物種植結構空間優化 153
9.2 研究中的不足與展望 153
參考文獻 155

農業用水效率（包括灌溉用水效率和作物水分生產率）的定量評價是農業用水管理的重要基礎。本書以中國干旱區優選的灌區和優選的引黃灌區（河套灌區）為典型區，建立了混合雙源梯形狀態空間遙感蒸散發模型、作物分布遙感識別的植被植物-物候指數橢圓狀態空間模型、作物遙感估產的隨機森林模型，分析了研究區蒸散發、作物分布及產量的動態變化與空間分布規律，提出灌溉用水效率和作物水分生產率定量評價的遙感方法，得到了區域作物種植適宜度的空間分布和作物空間布局優化結果，為區域水資源高效利用和農業可持續發展提供技術支撐。