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1、第44卷第1期土壤学报Vol.44,No.12007年1月ACTAPEDOLOGICASINICAJan.,2007＊遥感监测土壤水分研究综述汪潇张增祥赵晓丽谭文彬(中国科学院遥感应用研究所,北京100101)摘要对于近年来国内外遥感监测土壤水分的理论、方法的发展和应用进行了全面的回顾,重点介绍了目前已经比较成熟和广泛应用的基于可见光与热红外波段的特征空间方法和微波遥感方法。并对各种遥感监测土壤水分方法的优缺点作出评价,提出了遥感监测土壤水分方法存在的不足,指出了今后发展的方向,并展望了遥感监测土壤水分的发
2、展前景。关键词土壤水分;光学遥感;微波遥感中图分类号S152.7文献标识码A土壤水分是监控土地退化和干旱的重要指标,空分布和变化的主要方法。同时也是气候、水文、生态和农业系统的关键组成要通常土壤水分的遥感监测主要从可见光-近红素。监测土壤水分的变化对于规划和管理这些系统外、热红外及微波波段进行,土壤水分的红外波段遥来说具有极其重要的意义。传统的监测方法大多都感和微波遥感是当前研究的主要热点。一般热红外是野外实地的实验点的观测,最古老且最准确的方波段所感测的是地表温度和植被指数,通过植物的法就是质量法,这样能
3、得出精确的土壤水分的质量蒸散作用所带来的辐射平衡和热惯量,从而估算表[1]百分比,但是要消耗大量的时间和人力。利用土面层以下的土壤水分。微波遥感监测土壤水分是现壤水分不同其相应的导电性能也不同的特点发展起在应用比较成功的,具有广泛的应用前景。而在太[2]来的嵌入式传感器测量法,能够节省大量的时间阳光谱范围(380～500nm)的光谱反射信息也能够[4]和劳力,但是依旧是实验点上的监测而不能推广到用于估算土壤表层水分。大区域上。所有这些传统田间监测手段可以准确估测土壤剖面的含水量,但是却都具有相同的缺点,不1
4、遥感监测方法的发展与现状仅费时、费力,而且测点少,代表性差,从而导致时间空间分辨率低下,无法大范围、高效率地获得土壤水1.1可见光、近红外与热红外波段遥感分数据,从而不能实现大面积土壤水分的实时动态遥感方法监测土壤水分的可行性研究在20世[3]监测。纪60年代初期就已经开始了,而应用研究也相应地[5,6]相对于传统手段而言,利用遥感手段监测和反在70年代中期开展起来。其中,Waston等就尝[7]演土壤水分具有相当大的优势。其方法和理论依据试利用热惯量模型,而Bijleveld则继续了他们的就是建立在遥感参
5、数和土壤水分之间的相互关系工作,建立了计算热惯量和每日蒸发量模型。Pratt[8]上,通过记录土壤反射特定波段的发射率或者土壤等提出了绘制土壤水分和地理图的热惯量方法,[9]的发射率来迅速地分析和获取土壤水分数据。遥感Jackson等根据热量平衡原理提出了作物缺水指手段还能解决传统方法不能很好解决的土壤水分的数(CWSI)。而在20世纪80年代,随着地基、机载、空间分布和时间变化制图。与传统的土壤水分监测星载遥感的迅速发展与普及,遥感监测土壤水分方方法相比,飞速发展的遥感技术手段监测土壤水分法也得到了迅速发
6、展,遥感波段有可见光,近、中、远具有许多不可替代的优势,包括快速、实时、长时期红外,热红外波段等微波遥感波段,许多遥感数据也动态大区域监测以及良好的时间空间分辨率。因此相继被使用,比如TM数据和NOAA/AVHRR数据。利用遥感手段已成为监测大区域范围内土壤水分时20世纪90年代中后期,随着NOAA/AVHRR和＊中国科学院知识创新工程项目(KZCX3-SW-334)资助作者简介:汪潇(1980～),男,博士研究生,主要从事国土资源与生态环境遥感研究。E-mail:wshaw@263.net收稿日期:200
7、5-10-20;收到修改稿日期:2006-06-12158土壤学报44卷MODIS数据的普遍应用,光学和热红外波段的遥感成为国际对地观测领域最重要的前沿技术之一。目反演方法也日趋成熟。目前,国外有学者结合可见前利用多频、多极化/全极化雷达数据反演裸露地表光、近红外与热红外的信息,使用归一化植被指数土壤水分的经验和半经验模型主要有Oh模型、Do-(NDVI)和陆地表面温度(LST),构建NDVI-LST空间hoson模型和Shi模型,这些是针对裸露地表条件建来反演土壤水分。立的,但同时这些模型也是用于稀疏到中
8、等密度的国内开展土壤水分遥感监测实验研究比国外大地表植被覆盖条件。目前被普遍接受和使用的为密约晚10年以上,大体上从20世纪80年代中期才开歇根大学微波实验室发展的基于辐射传输方程的[23]始起步。在使用可见光/近红外与热红外波段监测MIMICS模型。土壤水分的遥感模型及其应用方面,国内发展迅速,为了更好地研究和探索土壤水分分布非均质性而且工作重点体现在利用NOAA/AVHRR以及对于陆地-大气能量流通的影响,以
