基于RADARSAT-2的風(fēng)沙灘地區(qū)地表土壤水分遙感反演.pdf

1、干旱半干旱地區(qū)氣候干旱,常年降水稀少,且蒸散強(qiáng)烈,土地貧瘠,水是最為敏感和活躍的因素。土壤水雖然只占全球水資源的很少一部分(0.005％),但它能對地球表層與大氣圈之間的水熱交換產(chǎn)生直接影響,對氣候變化產(chǎn)生重要影響,在地-氣界面間物質(zhì)、能量交換以及大氣圈、水圈和生物圈三者之間的相互作用都起著非常重要的作用。
　　土壤水分的動態(tài)變化研究一直是國內(nèi)外研究的重要課題之一,而傳統(tǒng)的測量土壤水分的方法大多是基于點(diǎn)的測量,在進(jìn)行實(shí)地測量時需要

2、建立密度很高的觀測點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),在野外的實(shí)際操作和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程都相當(dāng)繁瑣復(fù)雜,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境預(yù)警帶來了諸多不便。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,利用遙感技術(shù)監(jiān)測土壤水分已經(jīng)表現(xiàn)出很多優(yōu)勢,其主要優(yōu)勢在于其監(jiān)測范圍廣、效率高、成本低,還能夠進(jìn)行長期、動態(tài)的監(jiān)測,因而受到研究者廣泛的關(guān)注和重視。光學(xué)遙感和紅外遙感獲取土壤水分都存在一定的限制,微波遙感具有全天時、全天候的觀測優(yōu)點(diǎn),并且對地表有一定的穿透能力,能彌補(bǔ)光學(xué)和紅外遙感方式在土壤水分監(jiān)測

3、中的不足,為大區(qū)域、大范圍土壤水分監(jiān)測提供了新的方法和渠道,在土壤水分的研究中得到了很高的重視。地表土壤水分與星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)的雷達(dá)后向散射系數(shù)有直接的相關(guān)性,為土壤水分的反演研究提供了可能性。
　　諸多研究表明,C波段估計0~5cm層的裸露地表土壤水分可達(dá)到較好的精度,目前在軌運(yùn)行的Radarsat-2 SAR提供的多極化、多角度的C波段SAR數(shù)據(jù)對于地表土壤水分監(jiān)測具有很大的潛力。本文的主要目的就是采用C波段SAR數(shù)

4、據(jù)反演風(fēng)沙灘地區(qū)地表土壤水分,主要研究成果如下:
　　(1)對常用的裸露地表和植被覆蓋地表微波散射模型進(jìn)行適用性分析,結(jié)合研究區(qū)的NDVI情況,選擇裸露地表微波散射模型模擬研究區(qū)地表微波散射特性,選擇能夠較好刻畫地表微波散射特征的AIEM模型模擬同極化的后向散射數(shù)據(jù),交叉極化后向散射特征則由OH模型的交叉極化比和AIEM模擬的同極化后向散射數(shù)據(jù)共同描述。
　　(2)對研究區(qū)的RADARSAT-2數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理,得

5、到研究區(qū)雷達(dá)后向散射系數(shù)影像和采樣點(diǎn)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù),確定研究區(qū)土壤水分的變化范圍,為研究區(qū)地表微波散射特征模擬提供依據(jù)。
　　(3)利用 AIEM模型模擬C波段雷達(dá)微波的地表后向散射特征,分析了不同極化下雷達(dá)入射角、土壤含水量、均方根高度以及相關(guān)長度等參數(shù)對雷達(dá)后向散射特征的影響,揭示了雷達(dá)后向散射系數(shù)隨著這些參數(shù)變化而變化的規(guī)律。
　　(4)建立研究區(qū)地表微波散射特征數(shù)據(jù)庫,分析了后向散射系數(shù)與土壤含水量、組合粗糙度之間的關(guān)

6、系,通過非線性回歸的方法建立后向散射系數(shù)、土壤水分與組合粗糙度之間的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式,利用HV和HH極化相同角度的后向散射系數(shù)比來反演組合粗糙度,以此建立了利用雷達(dá)后向散射系數(shù)反演地表土壤水分的數(shù)學(xué)模型。
　　(5)利用RADARSAT-2后向散射系數(shù),對建立的土壤水分反演模型在研究區(qū)進(jìn)行應(yīng)用與驗(yàn)證,結(jié)果表明本研究建立的土壤水分反演模型得到的反演值與實(shí)際測量值之間在風(fēng)沙灘地區(qū)較平坦、低植被覆蓋地表有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.