考慮稀疏植被影響的地表土壤水分微波遙感反演.pdf

1、土壤水分是區(qū)域陸地水循環(huán)、碳循環(huán)以及大氣循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，影響著地表的能量平衡和物質(zhì)交換。鄂爾多斯市烏審旗地處我國(guó)干旱區(qū)，這一帶降水稀少，蒸散發(fā)強(qiáng)烈，土壤含水量低，水資源尤其珍貴。區(qū)域尺度上的土壤水分監(jiān)測(cè)有助于為當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生產(chǎn)、旱情防治以及生態(tài)監(jiān)測(cè)等方面提供決策支持。微波遙感是當(dāng)前大尺度土壤水分監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)之一，它不受天氣及光照條件影響，具有全天時(shí)、全天候的特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)高效的對(duì)土壤水分信息進(jìn)行大范圍采集。微波遙感反演土壤水分受諸多因素

2、影響，如雷達(dá)自身參數(shù)、地表粗糙度等，除此之外還會(huì)受到植被覆蓋的影響。如何有效消除植被對(duì)微波反演土壤水分的影響一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　本文以?xún)?nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗為研究區(qū)，利用RADARSAT-2雷達(dá)數(shù)據(jù)與光學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)考慮稀疏植被覆蓋影響的地表土壤水分反演方法開(kāi)展研究，分別選取NDVI和NDWI指數(shù)通過(guò)水云模型改正植被對(duì)地表后向散射系數(shù)的影響；討論了水云模型經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的取值與土壤水分反演精度的關(guān)系，確定了經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的最佳取值；對(duì)水

3、云模型在本研究區(qū)反演精度不高的原因進(jìn)行了探討，結(jié)合AIEM模型，建立了改進(jìn)的反演算法，將未考慮植被影響的反演算法和僅考慮有效相關(guān)長(zhǎng)度改正、后向散射系數(shù)改正的反演算法進(jìn)行精度對(duì)比，最終確定了適于研究區(qū)的土壤水分反演算法，并利用該算法反演研究區(qū)土壤水分；分析了研究區(qū)土壤含水量的分布特點(diǎn)及土壤水分與NDVI間的響應(yīng)關(guān)系。
　　本文主要研究成果如下：
　?。?）利用水云模型，通過(guò)由NDVI、NDWI計(jì)算的植被含水量，可從總的地表后向

4、散射系數(shù)中改正植被影響，且利用NDVI改正植被影響的效果優(yōu)于利用NDWI的改正效果。
　　（2）水云模型經(jīng)驗(yàn)系數(shù)A的變化對(duì)反演精度幾乎沒(méi)有影響，而不同實(shí)測(cè)站點(diǎn)（site）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)B的取值不同。反演算法Mνlhσνν(1)在site1和site4，當(dāng)B=0.02時(shí)反演精度最高，IA達(dá)到了0.928；在site3和site6，當(dāng)B=0.03時(shí)反演精度最高，IA為0.744。
　?。?）通過(guò)后向散射系數(shù)反演的有效相關(guān)長(zhǎng)度的精度與極

5、化方式和均方根高度取值有關(guān)。當(dāng)均方根高度為2.0cm時(shí)，HH極化與VV極化與反演的有效相關(guān)長(zhǎng)度的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到最大值，其值都大于0.8。
　?。?）不同極化方式下，土壤水分的反演精度不同。對(duì)于風(fēng)沙灘地區(qū)，VV極化方式反演的土壤水分比HH極化方式反演的精度高。
　?。?）對(duì)于風(fēng)沙灘地區(qū)，本文提出的僅改正后向散射系數(shù)的反演算法具有更好的適應(yīng)性，其中反演模式Mνlhσνν(1)（即利用NDVI改正植被影響的VV極化后向散射系數(shù)，與