卫星遥感反演土壤水分研究综述_陈书林

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1、第27卷第11期地球科学进展Vol．27No．112012年11月ADVANCESINEARTHSCIENCENov．，2012陈书林，刘元波，温作民．卫星遥感反演土壤水分研究综述［J］．地球科学进展，2012，27(11):1192-1203．［ChenShulin，LiuYuanbo，WenZuomin．Satelliteretrievalofsoilmoisture:Anoverview［J］．AdvancesinEarthScience，2012，27(11):1192-1203．］*卫星遥感反演土壤水分研究综述1，22*1陈书林，刘元波，温作民(1．南京林业大学经济管理学

2、院，江苏南京210037;2．中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京210008)摘要:土壤水分是影响地表过程的核心变量之一。精准地测量土壤水分及其时空分布，长期以来是定量遥感研究领域的难点问题。简要回顾基于光学、被动微波、主动微波和多传感器联合反演等卫星遥感反演土壤水分的主要反演算法、存在的难点和前沿性研究问题，介绍了应用土壤水分反演算法所形成的3种主要全球土壤水分数据集，包括欧洲气象业务卫星(ERS/MetOp)数据集、高级微波扫描辐射计(AMSR-E)数据集、土壤湿度与海洋盐分卫星(SMOS)数据集，并结合目前存在的问题探讨卫星遥感反演土壤水分研究的发展趋势。关键词:土壤水

3、分反演算法;光学遥感;微波遥感;多传感器联合反演;全球数据集中图分类号:TP751．1文献标志码:A文章编号:1001-8166(2012)11-1192-12精准测量，是近40年来定量遥感研究的难点问题之1引言一。按遥感测量手段的不同可分为光学遥感、主动土壤水分是指土壤非饱和层(也称其为渗流微波、被动微波3类，3类各有所长(表1)。层)的水分含量。在气候系统中，土壤水分是一个光学遥感主要利用土壤表面光谱反射特性、土关键因子，它决定着植被的蒸散发及光合作用，它是壤表面发射率及表面温度来估算土壤水分，其空间水循环、能量循环和生物地球化学循环中的基本组分辨率高，可供选择的卫星传感器多，

4、并可提供高光成部分，在降水、径流、下渗、蒸散发水文过程中起着谱数据。被动微波利用土壤微波辐射与土壤水分强［1］至关重要的作用。土壤水分能反映农业干旱程相关的特性，用微波辐射计对土壤本身的微波发射度，在农业灌溉管理中能起到指导作用。土壤时域或亮度温度进行测量，进而反演出土壤水分，可以穿频域反射仪(TDR)作为一种运用时域反射原理测透植被，探测到地表5cm左右深度，且能全天候测定土壤含水量的仪器，被广泛应用于土壤水分的区量。主动微波建立雷达后向散射系数与土壤介电常域性监测中。但是由于TDR在陆地上分布不均，所数的关系，进而反演出土壤水分，其空间分辨率高，以很难通过这种手段准确获得大区域

5、和全球性的土能穿透植被，到达地表5cm左右深度，且能全天候壤水分。卫星遥感技术的发展为区域尺度的土壤水测量。分信息的获取提供了有效手段。近几十年来，人们针对各类传感器研发的土壤［2～4］基于卫星遥感技术对土壤水分的时空分布进行水分反演算法已达上百种，既有经验型算法，半*收稿日期:2012-05-09;修回日期:2012-08-13．*基金项目:国家重点基础研究发展计划项目“长江中游通江湖泊江湖关系演变及环境生态效应与调控”(编号:2012CB417003);国家引进国际先进农业科学技术计划项目“森林生态系统适应性管理模式与技术标准引进”(编号:2009-4-44);南京林业大学科技

6、创新基金项目“基于遥感的森林植被水文效应监测模型研究”(编号:163060077)资助．作者简介:陈书林(1981-)，男，江苏泰兴人，讲师，主要从事土壤水分遥感反演研究．E-mail:chenshulin0923@163．com*通讯作者:刘元波(1969-)，男，山东济宁人，研究员，主要从事水文遥感研究．E-mail:ybliu@niglas．ac．cn第11期陈书林等:卫星遥感反演土壤水分研究综述1193表1遥感反演土壤水分技术的优缺点Table1Advantagesandlimitationsofsoilmoisturemeasurements遥感测量技术优点缺点光学遥感高

7、空间分辨率;刈幅宽度大;卫星传感器多;高光谱传感器最小的地表穿透深度(1mm);受云、大气、植被的影响明显;时间分辨率较低被动微波刈幅宽度大;土壤微波辐射与土壤水分强相关;探测到地表深度受到植被和地表粗糙度的影响;空间分辨率低5cm土壤水分;对云和大气不敏感(～30km)主动微波高空间分辨率;多卫星传感器;雷达后向散射系数与土壤水分强时间分辨率较低;受到植被和地表粗糙度的影响相关;地表穿透深度5cm;对云和大气不敏感［5～7］［8～10］［20］［21］经验型算法，也