基于ASAR双极化雷达数据的半经验模型反演土壤湿度

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1、第25卷第2期地理与地理信息科学Vo1．25No．22009年3月GeographyandGeo—InformationScienceMarch2009基于ASAR双极化雷达数据的半经验模型反演土壤湿度王军战，张友静，鲍艳松弘，陈晨，杨立君，王冬梅(1．河海大学土木工程学院，江苏南京210098；2．河海大学水文水资源学院．江苏南京210098；3．南京信息】：程大学大气物理学院．江苏南京210044；4．南京邮电大学计算机学院，江苏南京210003；5．江苏省水利科学研究院，江苏南京200017)摘要：基

2、于ENVISATASARAPP数据，利用AIEM(改进积分方程模型)模拟分析粗糙度、土壤水分对ASAR7个入射角后向散射系数的影响。建立小入射角模式ASAR数据后向散射模型和组合粗糙度计算模型，提出小入射角模式下双极化ASAR数据土壤水分反演半经验模型。基于AIEM模拟数据进行试验，验证了该模型的合理性，且反演的土壤水分和实测土壤水分相关系数为0．92．均方根误差(RMSE)为3．98。关键词：ASAR；AIEM；粗糙度；土壤水分；半经验模型中图分类号：TP759文献标识码：A文章编号：1672—0504(

3、2009)02—0005—05目前，利用双极化雷达数据监测土壤水分日益等，土壤质地为壤土和砂壤土等。研究区农田每个受到关注。裸露地表雷达后向散射主要受地表粗糙地块面积大于4hm，块间最大横向距离47km，最度和土壤含水量的影响一，利用雷达后向散射得到大纵向距离53km，地势平坦，可不考虑地形对雷达土壤水分，必须去除粗糙度的影响。地表粗糙度可后向散射的影响。由地表均方根高度(s)和地表相关长度(1)表示，在有1．2地面试验些研究中[!只考虑了S对雷达后向散射的影响。忽卫星过境同时安排了地面准同步试验，包括土略

4、了l对模型反演带来的误差。一些研究将s和l壤温度、土壤含水量和表面粗糙度测量。研究区内组合成一个参数，如Shi等。。采用SR一(ks)W(k选取试验点44个，包括17个裸土地和27个冬小麦为波数，w为与地表相关长度有关的粗糙度谱)；地。由于当时冬小麦正处于返青期，覆盖度在0．3Zribi等利用Radarsat雷达卫星多角度数据反演左右，因而，对于微波遥感数据，其可作为裸地考虑。土壤水分的研究中采用Z一S。／l(Z为组合粗糙试验中选择田块中央较均匀的区域，使用便携式度)一述研究利用均方根高度和相关长度的组合G

5、PS接收机进行定位测量。在离定位点5m的范围参数反演土壤水分，均得到较高的精度。本研究采内布置3个采样点，样点呈等边三角形分布，使用用Z表示地表粗糙度，探讨如何利用双极化雷达数TDR300测量0～10cm深度的土壤平均体积含水据去除粗糙度反演土壤水分。根据ENVISAT量，使用接触式温度计测量0～10cm深度平均土壤ASAR的工作参数，基于ASAR—APP双极化雷达数温度，地表粗糙度由带有刻度的白板测量

6、6】。据，利用AIEM模型．研究裸土土壤水分反演方1．3卫星数据获取与处理法。建立小入射角模式的裸露地表

7、后向散射模型和本文使用2003年4月17日获取的ETM+影组合粗糙度汁算模型，提出小入射角同极化ASAR像数据为经几何纠正的基准图像，使用的微波遥感数据土壤水分反演半经验模型，分别用模拟数据和数据为ENVISAT一】卫星上搭载的高级雷达传感器实测数据反演土壤水分，证明了该模型的适用性。ASAR1B级数据，雷达工作频率为5．3GHz，模式为可选择极化精准模式，其空间分辨率为12．5m。1研究区概况及数据获取ASAR影像获取时间为2005年4月3日和4日。41．1研究区概况月3日获取的影像为第2种入射角模式(I

8、S2)，平均研究区选择北京市昌平、顺义和通州，地理位置入射角为23。；4月4日获取的影像为第7种入射角为东经115。58～116。50，北纬39。30～4O。33，平原模式(IS7)，平均入射角为43。。获取的ASAR影像海拔高度在3O～60m。区内主要土地类型有农田包括水平极化(HH)和垂直极化(VV)两种模式。(主要有小麦地、苜蓿地和裸地)、林地、果园和水体ASAR1B级数据中包含经纬度信息的像元以收稿日期：2OO8—1O—l4；修订日期：2OO8—12—1O基金项目：国家自然科学基金项目(407011

9、30)；南京信息工程大学校科研基金资助项目($810736OOO1)作者简介：王军战(198O一)，男，硕士研究生，从事遥感应用与GIS研发。*通讯作者E—mail：baoys@sohu．corn第6页地理与地理信息科学第25卷网格的形式均匀布置在影像中。使用这些点的经纬(HH)和垂直极化(VV)方式，由于土壤垂直极化后度信息进行初几何纠正后配准到经过精校正的向散射系数对土壤水分的敏感性要大于水平极ETM+数据。