主被動(dòng)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(shí)效和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，且穿透性強(qiáng)、對(duì)水分敏感性強(qiáng)，適合進(jìn)行土壤水分監(jiān)測(cè)，比傳統(tǒng)的可見光和紅外遙感有很大的優(yōu)勢(shì)。是目前對(duì)地表土壤水分進(jìn)行監(jiān)測(cè)最有效的手段之一。在土壤水分反演研究中，被動(dòng)微波遙感對(duì)水分更為敏感，可用來(lái)反演土壤水分絕對(duì)值，而主動(dòng)微波遙感對(duì)地表形態(tài)與植被類型比較敏感

2、，常用來(lái)進(jìn)行土壤水分變化相對(duì)值的估算，且其空間分辨率較高。主動(dòng)和被動(dòng)微波遙感各有特點(diǎn)，二者的聯(lián)合可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，特別是當(dāng)有農(nóng)作物覆蓋在土壤表面時(shí)，主被動(dòng)微波的聯(lián)合反演方法能夠簡(jiǎn)化土壤水分監(jiān)測(cè)的過程，同時(shí)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(shí)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(gè)重要方法，兩者的

3、結(jié)合將能更準(zhǔn)確的實(shí)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(shì)，采用以主動(dòng)、被動(dòng)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(shí)現(xiàn)地表土壤水分的估算實(shí)驗(yàn)，提高土壤水分的反演精度。
　　本研究選擇地勢(shì)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(yàn)，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(duì)土壤水分信息獲取產(chǎn)生的影響，再結(jié)合主動(dòng)微波反演方法來(lái)實(shí)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(duì)土壤水分變化的影響，融合L波段輻射計(jì)地面觀測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)土壤水分監(jiān)測(cè)。
　?。?）分析阿柔加密觀測(cè)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(duì)衛(wèi)星雷達(dá)回波信號(hào)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(jì)遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。并分析植被、土壤等參數(shù)對(duì)衛(wèi)星雷達(dá)回波信號(hào)的散射作用機(jī)理。
　　（2）針對(duì)觀測(cè)區(qū)擁有植被覆蓋，造成土壤對(duì)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(yàn)水云模型，從雷達(dá)體散射信號(hào)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(dòng)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(duì)植被覆蓋地表，分別在HH和VV極化下，建立起針對(duì)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(shí)驗(yàn)。
　?。?）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(jì)數(shù)據(jù)