藏北高原土壤溫濕特征的被動微波遙感及地面觀測資料分析.pdf

1、青藏高原的陸氣相互作用因其在區(qū)域上和全球尺度上對我國、東亞乃至全球能量和水循環(huán)的影響而顯得非常重要，其氣候變化和及其影響已越來越成為世界各國政府和科學(xué)家們關(guān)注的重大問題。區(qū)域尺度乃至全球尺度的土壤信息是陸面過程模式研究必不可少的一個參量，對改善區(qū)域及全球氣候模式預(yù)報(bào)結(jié)果起著重要的作用。傳統(tǒng)的地面測量方法無法獲得大尺度的土壤信息，而被動微波遙感由于其全天時全天候及較高的時間分辨率的特點(diǎn)，為基于短周期和全球或區(qū)域尺度的土壤信息反演提供了大量

2、數(shù)據(jù)。
　　 本論文采用國際合作研究項(xiàng)目“全球能量水循環(huán)之亞洲季風(fēng)青藏高原實(shí)驗(yàn)”(GAME/Tibet，1996-2000)和“全球協(xié)調(diào)加強(qiáng)觀測計(jì)劃之亞澳季風(fēng)青藏高原實(shí)驗(yàn)”(CAMP/Tibet)在藏北高原上的地面觀測資料以及熱帶降雨測量任務(wù)衛(wèi)星(TRMM)攜帶的微波輻射計(jì)(TMI)資料，分析了藏北地區(qū)土壤溫度和土壤濕度的分布特征，并在前人研究的基礎(chǔ)上提出一種利用微波資料反演土壤溫度和土壤濕度的算法，并對個例進(jìn)行了反演。論文得到

3、了如下一些主要結(jié)論：
　　 (1)對D105，NPAM(MS3478)，BJ站土壤溫度和土壤濕度資料的分析的結(jié)果表明：10cm以上土壤溫度年平均日變化類似正弦曲線，而10cm以下則變化不大;各層土壤溫度最大值都出現(xiàn)在7-8月;在冬季和夏季，地溫垂直梯度較大，而在冷暖季節(jié)轉(zhuǎn)換時期，地溫梯度小，變化較為平穩(wěn)。年際氣候的差異至少可以反映到40cm土壤；各層土壤濕度無明顯日變化，但存在明顯月變化，夏季降水量與各層土壤濕度呈顯著的線性正相

4、關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.733和0.668，且都通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。
　　 (2)對2003年9月TRMM/TMI資料以及地面觀測資料進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)TRMM/TMI37GHz亮溫資料與0cm土壤溫度存在很好的線性關(guān)系。利用這個關(guān)系，我們對9月14日的圖像進(jìn)行了反演實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與實(shí)際情況比較接近。反演的地表溫度在260K-282K之間，峰值集中在277K附近。
　　 (3)利用基于微波輻射傳輸方程推導(dǎo)得到的

5、極化指數(shù)PI，通過對歷年月平均極化指數(shù)及極化指數(shù)距平的分析，得到了青藏高原中部大尺度土壤濕度的年際變化以及干濕季土壤濕度變化。另外，在給定該區(qū)域某些參數(shù)的基礎(chǔ)上，以及在已知區(qū)域平均PI值與平均土壤濕度的條件下，定量反演得到了該區(qū)域的土壤濕度，并用ANNI站測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演驗(yàn)證。
　　 但是，由于反演區(qū)域所有像素點(diǎn)的土壤濕度歷年平均值不可能通過實(shí)際測量得出，所以本文只能給出反演區(qū)域土壤濕度年季變化分布圖。
　　 同

6、時，本論文還基于輻射傳輸方程和TRMM/TMI低頻通道觀測數(shù)據(jù)，分析了微波輻射極化指數(shù)(PI)與植被光學(xué)厚度的關(guān)系，從而提出了一種反演土壤濕度的算法，且利用這個算法，我們定量地反演了青藏高原中部的土壤濕度，結(jié)果表明：隨著地表覆蓋度升高，PI的值往往會降低；在低矮、稀疏植被甚至沒有植被的地區(qū)，PI較高。但是PI這種隨植被覆蓋度變化而升高或者降低的變化，在變化的兩個方向上都存在飽和現(xiàn)象，小于0.008對應(yīng)于森林地區(qū)，大于0.3對應(yīng)于水體；通