基于双极化radarsat-2数据的土壤水分遥感反演

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1、分类号:P2810710-2015127015硕士学位论文基于双极化RADARSAT-2数据的土壤水分遥感反演刘飞导师姓名职称杨丽萍副教授申请学位类别理学硕士学科专业名称地图学与地理信息系统论文提交日期2018年5月1日论文答辩日期2018年6月3日学位授予单位长安大学InversionofSoilMoistureBasedonDual-polarizationRADARSAT-2DataSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuFeiSupervisor：A

2、ssociateProf.YangLipingChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方

3、式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日本论文的研究工作是在国家自然科学基金面上项目(41371220)“干旱区湖泊古环境多源重建与耦合研究”和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（0009-2014G2270012）“基于光学和全极化雷达遥感的居延泽古水文研究”的支持下完成。摘要土壤水分是陆地表面极其重要的参数之一，在全球水循环、能量

4、平衡和气候气象变化中扮演着重要的角色，其空间分布和动态变化对于生态环境的演变起着决定性作用。我国西部干旱、半干旱区幅员辽阔，自然条件恶劣。由于气候变化和人类活动等因素的共同影响，河水断流、尾闾消失、植被退化、绿洲萎缩。长期以来，干旱区水资源匮乏，土地荒漠化、盐渍化问题非常突出。土壤水分是干旱、半干旱区生态系统中最活跃的因子之一，它制约着生态环境的演变和生态系统的稳定。因此，进行干旱、半干旱区土壤水分的遥感定量反演对了解干旱、半干旱区的环境演变和生态环境保护具有非常重要的现实意义。由于具有全天候、全天时

5、、穿透性，以及对地表粗糙度、地物几何形状和介电性质的敏感性等独特优势，微波遥感技术已经被广泛地应用于大面积地表土壤水分的监测研究中。利用微波遥感技术反演土壤水分的过程中，地表粗糙度是影响后向散射的重要因素。常用的解决方法是利用组合粗糙度将均方根高度S和相关长度L组合在一起，以减少土壤水分反演模型中的参数个数。该方法虽然减少了模型的参数个数，简化了反演模型，但其形式不便于在以后的工作中对地表粗糙度参数S、L进行定量反演。因此，本文以内蒙古额济纳旗东北部的居延泽为研究区，首先利用单次散射的AIEM模型探讨

6、了干旱区裸露地表的后向散射特性，在此基础上分析了单次散射的AIEM模型的最佳适用范围。然后利用单次散射AIEM模型的模拟数据，直接探讨了后向散射系数、同极化后向散射系数均值与地表均方根高度、相关长度和法向菲涅尔反射系数之间的经验关系，以及菲涅尔反射系数与土壤水分之间的经验关系，并结合野外实测数据建立了适用于本研究区土壤水分反演的经验模型。最后，结合RADARSAT-2遥感影像对研究区地表土壤水分进行了定量反演。主要研究结果如下：（1）在极端干旱的居延泽地区，随着雷达入射角的减小、土壤水分含量的提高、均

7、方根高度的增加和相关长度的减小，裸露地表的后向散射系数逐渐增大；随着入射角的增大、土壤水分含量的提高、均方根高度的增大以及相关长度的增加，裸露地表后向散射系数对上述各参数的敏感性均逐渐降低。（2）基于研究区后向散射特性的分析，均方根高度S、相关长度L和土壤水分Mv对研究区裸露地表的后向散射特性均具有较大的影响，其中，均方根高度S和相关长度L较土壤水分Mv对后向散射特性的影响更大。I（3）基于单次散射AIEM模型模拟数据的分析，单次散射的AIEM模型能够较为准确地模拟后向散射系数的地表粗糙度范围为S∈(

8、0.2cm,1.4cm)，L∈(12cm,33cm)。在此基础上，本文构建了入射角适用范围为（20°,50°）的基于AIEM模型模拟数据的土壤水分反演的经验模型。（4）结合野外实测数据，本文建立了适用于居延泽地区的土壤水分反演的经验模型。结果表明，该经验模型反演的土壤含水量与野外实测的土壤含水量之间相关系数达到了0.826，且在0.01水平上显著相关，该经验模型具有较高的反演精度。（5）结合HH和VV极化的RADARSAT-2SAR影像，利用土壤水分反演