Evaluating soil moisture status in China using the temperature–vegetation dryness index (TVDI)

AbstractIn this paper the normalized difference vegetation index (NDVI) and land surface temperature (Ts) derived from National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) advanced very high resolution radiometer (AVHRR) 10-day composite data were adopted to construct an NDVI–Ts space, from which the temperature–vegetation dryness index (TVDI) is suggested. Soil moisture status in all of China from March to May 2000 was evaluated. To minimize the effect caused by spatial heterogeneity of climatic parameters, TVDI was calculated for each of the three agricultural climatic regions in China. The results show that severe drought was mainly distributed in northwestern China and part of north and south China; the area of severe drought increased from about 67 × 104 km2 in March to 126 × 104 km2 in May. To evaluate the efficiency of TVDI in soil moisture monitoring, the spatial pattern of TVDI was first compared with and verified by the measured soil moisture from more than 90 weather stations in China by the linear regression method. It was found that there is a significant negative linear correlation between TVDI and the measured soil moisture. The paper then evaluates the sensitivity of TVDI to NDVI and Ts. The results show that Ts was more sensitive than NDVI to TVDI and that land surface temperature contains much more drought information than NDVI. Lastly, the paper compares the efficiency of TVDI with the drought index that was deduced from Ts alone, namely the crop water stress index (CWSI). The results show that TVDI has a more significant relation than CWSI to soil moisture measured in situ. All of the aforementioned results indicate that TVDI based on a combination of Ts and NDVI is more accurate than CWSI based solely on Ts in regional drought evaluation.Dans cet article, on a utilisé l'indice NDVI (« normalized difference vegetation index ») et la température de surface Ts dérivés des séries chronologiques de 10 jours de AVHRR de NOAA pour construire un espace NDVI–Ts pour lequel l'indice de température–sécheresse de la végétation TVDI était suggéré comme indice de sécheresse. On a évalué le statut de l'humidité du sol dans toute la Chine, de mars à mai 2000. Pour minimiser l'effet de l'hétérogénéité spatiale des paramètres climatiques, la valeur de TVDI a été calculée pour chacune des trois régions climatiques agricoles de la Chine. Les résultats montrent que la sécheresse sévère était principalement concentrée dans la région du nord-ouest de la Chine et dans une partie du nord de la Chine et du sud de la Chine; la zone de sécheresse sévère s'est accrue d'environ 67 × 104 km2 en mars jusqu'à 126 × 104 km2 en mai. Afin d'évaluer l'efficacité du TVDI dans le suivi de l'humidité du sol, le patron spatial du TVDI a été comparé en premier puis vérifié par rapport à l'humidité du sol mesurée à partir de plus de 90 stations météorologiques de Chine à l'aide d'une méthode de régression linéaire. On a pu observer qu'il existe une corrélation linéaire négative significative entre TVDI et l'humidité du sol mesurée. Ensuite, l'article évalue la sensibilité de TVDI par rapport à NDVI et Ts, respectivement. Les résultats montrent que les valeurs de Ts étaient plus sensibles à TVDI que le NDVI et que la température de surface contient beaucoup plus d'information sur la sécheresse que le NDVI. Enfin, l'article compare l'efficacité de TVDI avec l'indice de sécheresse déduit de la température Ts seule et nommé l'indice CWSI (« crop water stress index »). Les résultats montrent que le TVDI a une relation plus significative avec l'humidité du sol mesurée in situ que le CWSI. Tous les résultats énumérés ci-dessus indiquent que le TVDI basé sur une combinaison de Ts et de NDVI est plus précis que le CWSI basé uniquement sur Ts dans l'évaluation de la sécheresse à l'échelle régionale.[Traduit par la Rédaction]