基于主动微波的积雪参数反演研究

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1、博士学位论文基于主动微波的积雪参数反演研究作者姓名：崔玉荣指导教师:施建成研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月StudiesonSnowParametersEstimationBasedonActiveMicrowaveRemoteSensingAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillme

2、ntoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyin[CartographyandGeographicInformationSystem]By[YurongCui]Supervisor:JianchengShi[InstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,ChineseAcademyofSciences]June2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进

3、行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延

4、迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：填表说明1.本表内容须真实、完整、准确。2.“学位类别”名称：学术型学位填写哲学博士、教育学博士、理学博士、工学博士、农学博士、医学博士、管理学博士，哲学硕士、经济学硕士、法学硕士、教育学硕士、文学硕士、理学硕士、工学硕士、农学硕士、医学硕士、管理学硕士等；专业学位填写工程博士、工程硕士、工商管理硕士（MBA）、应用统计硕士、翻译硕士、应用心理硕士、农业推广硕士、工程管理硕士、药学硕士等。3.“学科专业”名称：学术型学位填写

5、“二级学科”全称；专业学位填写“培养领域”全称。摘要摘要积雪是全球陆地生态系统、水循环和能量循环的重要组成部分。积雪对地表能量、水分和气体流通有着很重要的影响，这些反馈强度也给气候预测系统带来了很大的不确定性。积雪除了在气候系统、生态系统中起着重要作用，积雪也是重要的水资源，积雪-气候的相互作用非常复杂，而且积雪对气候的作用也给生态系统带来很大的影响。雪中水资源存贮量的测量以及预测融化速率对于水资源管理和洪水控制系统都是非常有必要的。因此，如何快速获得大范围、高精度的积雪信息以满足上述领域的需求已经

6、成为当前研究的热点问题。由于积雪在空间和时间上的多变性，许多积雪特性参数在不通过遥感技术手段的情况下，很难进行检测。卫星遥感技术的发展为大尺度检测地球表面积雪提供了新的技术手段，更是把传统的“点”测量方法扩展到了“面”观测的层面，克服了传统积雪测量的不足。由于可见光好近红外辐射信号不能穿透积雪，而且冰和积雪的光学特性相似，积雪反射率在这些波段对积雪深度、雪中水含量等信息不敏感（除了非常浅的雪）。微波对物体散射有很高的灵敏度，使其在获取雪深及雪层内部性质信息方面具有比可见光、近红外波段无可比拟的优势，

7、为微波手段反演积雪散射特性参数提供了可能。粗分辨率的被动微波信号不能反演局地的积雪参数变化。由于高分辨率的雷达数据不仅费用较高而且时间周期长，因此大尺度的土壤水分、雪水当量等地表参数监测，主要采用主动微波散射计和被动微波辐射计。全球水循环观测卫星计划WCOM是以地球科学目标为驱动的空间地球科学探测卫星，其搭载的散射计应用于积雪参数的反演研究。本研究是针对WCOM卫星的特点以及相应的科学目标，发展主动微波散射计在湿雪判别、积雪湿度反演和雪水当量反演算法。本文的主要内容概括如下：I基于主动微波的积雪参数

8、反演研究1、由于微波对水的穿透能力很弱，当积雪中含有水时无法穿透积雪层，进而无法估算SWE信息。因此在进行SWE反演之前，需要将湿雪剔除。积雪中液态水的出现会使微波的吸收作用急剧增加，体散射作用降低。因此积雪由干到湿，会出现散射信号的骤降。前人的研究指出在C波段干湿雪的判别阈值为3dB，我们基于前向模型探究了该阈值的适用性，并利用时间序列的积雪散射信号发展了湿雪判别的新方法。2、雪水当量是雪密度和雪深度的乘积，表示融雪中的潜在含水量，在流域水量平衡和融雪径流预报以及雪