主被動微波協(xié)同反演植被覆蓋地表土壤水分方法研究.pdf

1、水是地球上最重要的資源，是人類生命存活的基本元素。土壤水分作為全球陸地自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，控制著陸地與大氣間水熱能量交換。
　　微波遙感具有宏觀、高時效和經(jīng)濟(jì)性的特點，且穿透性強(qiáng)、對水分敏感性強(qiáng)，適合進(jìn)行土壤水分監(jiān)測，比傳統(tǒng)的可見光和紅外遙感有很大的優(yōu)勢。是目前對地表土壤水分進(jìn)行監(jiān)測最有效的手段之一。在土壤水分反演研究中，被動微波遙感對水分更為敏感，可用來反演土壤水分絕對值，而主動微波遙感對地表形態(tài)與植被類型比較敏感

2、，常用來進(jìn)行土壤水分變化相對值的估算，且其空間分辨率較高。主動和被動微波遙感各有特點，二者的聯(lián)合可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，特別是當(dāng)有農(nóng)作物覆蓋在土壤表面時，主被動微波的聯(lián)合反演方法能夠簡化土壤水分監(jiān)測的過程，同時提高土壤水分估算的質(zhì)量。
　　目前，光學(xué)與微波的協(xié)同遙感技術(shù)已經(jīng)受到廣大研究學(xué)者的重視，現(xiàn)在發(fā)射的衛(wèi)星基本都同時搭載著微波和光學(xué)傳感器。因此，光學(xué)和微波的協(xié)同遙感成為了遙感反演地表參數(shù)的一個重要方法，兩者的

3、結(jié)合將能更準(zhǔn)確的實現(xiàn)地表參數(shù)的反演，提高其反演精度，充分發(fā)揮遙感衛(wèi)星的作用。本文聯(lián)合了光學(xué)與微波遙感的各自優(yōu)勢，采用以主動、被動微波反演土壤水分模型為主，光學(xué)影像參數(shù)為輔的方法，將光學(xué)模型反演的植被參數(shù)（植被指數(shù)VI、葉面積指數(shù)LAI）輸入到微波模型中，共同實現(xiàn)地表土壤水分的估算實驗，提高土壤水分的反演精度。
　　本研究選擇地勢平坦區(qū)域且植被覆蓋均勻的黑河流域阿柔地區(qū)進(jìn)行土壤水分的反演試驗，基于此本文提出兩種土壤水分反演方法：

4、r>　　1.利用水云模型去除掉植被層含水量對土壤水分信息獲取產(chǎn)生的影響，再結(jié)合主動微波反演方法來實現(xiàn)土壤水分的估算。
　　2.在單頻率、單入射角的條件下，考慮植被指數(shù)VI對土壤水分變化的影響，融合L波段輻射計地面觀測數(shù)據(jù)與L波段ALOS PALSAR雷達(dá)影像數(shù)據(jù)，建立起土壤體積水分與雷達(dá)后向散射之間的關(guān)系，在不考慮土壤粗糙度影響的前提下來實現(xiàn)土壤水分監(jiān)測。
　　（1）分析阿柔加密觀測區(qū)農(nóng)田水分的蒸發(fā)蒸騰機(jī)理，植被、土壤及粗糙

5、度等參數(shù)對衛(wèi)星雷達(dá)回波信號的散射作用機(jī)理，以及光學(xué)衛(wèi)星 Landsat-5影像、雷達(dá)衛(wèi)星ALOS-PLASAR數(shù)據(jù)以及輻射計遙感數(shù)據(jù)的特點。并分析植被、土壤等參數(shù)對衛(wèi)星雷達(dá)回波信號的散射作用機(jī)理。
　?。?）針對觀測區(qū)擁有植被覆蓋，造成土壤對雷達(dá)后向散射影響的問題，通過去除土壤散射模型中植被層的散射貢獻(xiàn)，建立了參數(shù)優(yōu)化的水云模型。本文基于農(nóng)作物覆蓋地表的后向散射機(jī)制，利用半經(jīng)驗水云模型，從雷達(dá)體散射信號中扣除掉植被水分的貢獻(xiàn)，最后

6、，開展植被覆蓋下土壤水分的高分辨率遙感反演。
　?。?）基于PLASAR雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行主動微波反演土壤水分算法，將校正后的雷達(dá)影像及TM影像通過重采樣的方法做降尺度處理，形成30m分辨率的影像數(shù)據(jù)。隨后針對植被覆蓋地表，分別在HH和VV極化下，建立起針對土壤的后向散射系數(shù)同土壤水分之間的線性關(guān)系，進(jìn)行中分辨率下植被覆蓋地表的土壤水分估算實驗。
　?。?）選擇10m高分辨率的PLASAR雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)及120m低分辨率的輻射計數(shù)據(jù)