基于SMAP主被动微波数据的土壤水分协同反演研究

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1、分类号：TP79单位代码：10183研究生学号：2015624003密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）基于SMAP主被动微波数据的土壤水分协同反演研究SMAPActiveandPassiveMicrowaveObservationsSynergyforSoilMoistureRetrieval作者姓名：李尚楠类别：工程硕士领域（方向）：微波遥感-土壤水分指导教师：杨长保副教授培养单位：地球探测科学与技术学院2018年4月基于SMAP主被动微波数据的土壤水分协同反演研究SMAPActiveandPassiveMicrowaveO

2、bservationsSynergyforSoilMoistureRetrieval作者姓名：李尚楠领域（方向）：微波遥感-土壤水分指导教师：杨长保副教授类别：工程硕士答辩日期：2018年5月28日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究

3、工作所取得的成果。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作品成果。对本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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论

4、文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：硕士博士学科专业：测绘工程论文题目：基于SMAP主被动微波数据的土壤水分协同反演研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林大学遥感实验室（130026）作者联系电话：13086801300摘要摘要基于SMAP主被动微波数据的土壤水分协同反演研究土壤水分是影响水文、生物和生物地球化学过程的关键因素，它通过影响入射能量对显热和潜热通量的分配影响着气候变化，这对于水文气象、灾害监测、作物估产、水资源管理等相关学科的研究有着重要意义。因此，快

5、速获取不同空间尺度和精度的土壤水分，对提高地表和大气之间的水分、能量和碳模型的模拟质量，更好的理解全球水、能量和碳循环有着至关重要的作用。微波遥感技术因具有不受天气条件的限制，对植被具有一定的穿透的能力，可全天时、全天候对地表开展空间连续观测的优势，已然成为估算地表土壤水分的主要手段之一。由于主动微波具有高的空间分辨率，低的时间分辨率，和对植被和地表粗糙度敏感的特点；被动微波具有高的时间分辨率，低的空间分辨率，以及对土壤水分敏感的特点，若将主被动的优势结合起来，在一定程度上可获得高空间分辨率、高时间分辨率和高精度的土壤水分产品。而SM

6、AP正是同时搭载L波段的主动和被动微波的对地观测卫星。本研究也正是基于SMAP卫星的主动和被动观测数据开展了如下研究：1、针对SMAP的主动和被动数据，在全球尺度上，分析了微波极化差指数（MPDI）、土壤水分与植被三者之间的动态变化关系。通过求算土壤水分和植被3的解释方差可以发现，在植被覆盖程度较低的区域（植被含水量小于3kg/m），土壤水分的解释方差能够很好的解释微波极化差指数的变化；而对于植被密集区域，由于微波极化差指数受土壤水分变化的影响较小，因此土壤水分的解释方差也较小。而由于研究期间的有效数据较少，除了农田和亚热带地区干湿季

7、节之间的转换，没有明显的植被生长，所以植被的解释方差比较小，几乎为零，而俄罗斯地区和美国东北部值比较高，可能是由于北半球春季和夏季的季节性作物生长所致。2、基于SMAP的主动后向散射与被动亮温数据，构建前向模型模拟值与卫星观测值之间的代价函数，通过Levenberg-Maquardt算法代价函数的最优解，此时模型模拟的土壤水分值为反演的土壤水分值。由于主被动传感器均含有不同的计I吉林大学硕士学位论文划方式，因此，研究中对所有的通道组合的反演结果进行了对比分析，筛选出最佳反演通道组合，利用此通道组合反演算法反演36km空间分辨率的土壤水

8、分。选取了位于青藏高原地区的那曲土壤温湿度观测网络对反演结果进行精度验证。结果表明，在那曲地区，利用本研究的反演算法反演的土壤水分的结果，比SMAP的36km的土壤水分产品的精度高，并在一定程度上改善了因SMAP卫星观测