遥感反演土壤湿度的主要方法

遥感反演土壤湿度的主要方法遥感反演土壤湿度根据波段的不同分为 3类：微波遥感土壤湿度法；作物植被指数法；热红外遥 感监测法(主要是应用热惯量模型)。1.1 微波遥感土壤湿度法 分主动微波遥感监测法和被动微波遥感监测法两种。此方法物理基础坚实，即土壤的介电特性 和土壤含水量密切相关，水分的介电常数大约为80，干土仅为3，它们之间存在较大的反差。土壤的 介电常数随土壤湿度的变化而变化，表现于卫星遥感图像上将是灰度值G亮度温度Tb的变化。因此， 微波遥感土壤水分的方法被广泛地应用于实际的监测工作中。1.1.1 主动微波遥感监测法以应用 x 波段侧视雷达为主，主要是后向反射系数法。因为含水量的多少直接影响土壤的介电常 数，使雷达回波对土壤湿度反映极为敏感，据此可建立后向散射系数和土壤水分含量之间的函数关 系。国内李杏朝据微波后向反射系数法，用x波段散射计测量土壤后向反射系数，与同步获得的X 波段、HH极化机载SAR图像一起试验监测土壤水分；田国良等在河南也应用此方法也进行土壤水分 研究。主动微波遥感土壤水分精度较高，且可以全天候使用，成为监测水分最灵活、最适用、最有 效的方法，随着大量的主动微波遥感器的卫星(ERS系列、EOS、SAR、Radar sat、ADEOS、TRMM 等)的发射升空，将使微波遥感的成本不断下降，逐渐被应用于实践1.1.2 被动微波遥感监测法原理同主动微波遥感法。值得指出，植被在地表过程研究中的影响突出，为了消除植被的影响， 必须同时重视植被的遥感监测，建立相关的计算模型。 Teng 等通过实验得出在浓密植被覆盖区土壤 湿度监测中应避免使用19GHZ波段，此时SMMR的6.6GHZ波段比SSM /I的19GHZ在遥感监测 土壤湿度信息方面的精度更高。说明在植被较密时，为了消除植被对土壤湿度反演的影响，应尽量 选择波段较长的微波辐射计。1.2 作物植被指数法 采用此方法是基于植被在可见光部分叶绿素吸收了 70-90红光，反射了大部分绿光，而由于叶肉组织的作用，后行叶片在近红外波段的反射较强。通过各光谱波段所反射的太阳辐射的比来 表达，这就叫植被指数。常用的植被指数有：归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index, NDVI)、比值植被指数(Ratio Vegetation Index, RVI)距平植被指数(Average Vegetation Index, AVI) 和植被条件指数( Vegetation Condition Index， VCI)。1.3 热红外遥感监测法 土壤热惯量和土壤水分的关系密切，即土壤水分高，热惯量大，土壤表面的昼夜温差小，反之亦然。热红外遥感手段主要利用地表温度日变化幅度、植被冠层和冠层空气温差、表观热惯量、热 模型(蒸散比)估测土壤含水量5。土壤热惯量法是土壤热特性的综合性参数，定义为：P = tCm (1)(1)式中：P为热惯量(J/m2kSl/2)； p为密度(kg/m3 ) ； C为比热(J/kgk)；久为热导率。 在实际工作中，常用表观热惯量来代替 P：ATI=(1 一 A)/ (Td-Tn) (2)式中：Td、Tn分别为昼夜温度，A为全波段反照率。