四极化radarsat_2数据对裸露地表土壤水分的反演

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1、—250—江苏农业科学2014年第42卷第5期郑磊，王耀强，郭晓静，等．四极化Ｒadarsat－2数据对裸露地表土壤水分的反演［J］．江苏农业科学，2014，42(5):250－252．四极化Ｒadarsat－2数据对裸露地表土壤水分的反演郑磊，王耀强，郭晓静，申晓华，杨茜雅(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古呼和浩特010018)摘要:利用四极化Ｒadarsat－2雷达影像数据对裸露地表进行土壤水分的监测，首先选取裸露地表的经验散射模型，然后与四极化后向散射影像反演获得土壤含水量的模拟值，最后分析模拟

2、值与实测值的相关性。结果表明，模拟2值与实测值有着很好的相关性(r=0．8701)，即研究者可以在任何气候条件下利用四极化Ｒadarsat－2雷达数据进行大面积地表土壤含水量的监测。关键词:Ｒadarsat－2;后向散射系数;土壤水分;反演;裸露地表中图分类号:S271;S152．7;S127文献标志码:A文章编号:1002－1302(2014)05－0250－03地表土壤水分含量在水文学、气候学、农学、生态学等多1数据来源与处理个学科研究领域中起着非常重要的作用，大面积土壤水分的监测是农业水管理以及农作物旱情预

3、报的一个重要内容，同1．1研究区概况时区域尺度乃至全球尺度的土壤水分信息也是陆面过程模式本研究所选的试验区位于内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗境研究中必不可少的一个参量，对改善区域及全球气候模式的内，杭锦后旗的地貌主要由冲击平原、洪积平原和河漫滩3种［1］预报结果起着重要的作用。地形构成，地势西南高、东北低，海拔1032～1050m，属于河目前国内外主要用光学遥感和微波遥感2种手段对土壤套平原。气候属温带大陆性气候，干燥，日照时间长，昼夜温含水量进行监测。就目前的技术而言，光学遥感往往很难准差大，年平均气温8．5℃，年均

4、降水量约138．2mL，无霜期约确地获取土壤的含水量信息，并且易受到天气条件的限制，因130d，年均日照3181h。试验区地理坐标40°44'～41°01'N、2此拥有精度高、全天候、穿透能力强等独特优势的微波遥感技106°52'～107°13'E，面积约为625km。试验区种植的主要术将成为未来监测土壤含水量的主要手段。农作物类型有玉米、向日葵、小麦。微波遥感是一种能穿透云雨、受大气衰减影响小、能全天1．2野外数据及处理候观测、不受时间限制的传感器，它有2种观测方式:一种是由于微波信号独有的特性，本次试验测定的

5、裸露地表土利用遥感器向地面发射微波然后接受其散射波的方式，称为壤样品的深度限定在2～10cm。采集土壤样品的时间与卫主动方式;另一种是观测地表目标的辐射方式，称为被动方星飞过试验区的时间同步，使用GPS对样点进行坐标点的测式。Ｒadarsat－2雷达影像属于前者。微波遥感反演裸露地量，在试验区内采集60个土壤样品。由于雷达影像的地面分表土壤水分的方法可以分为2类:理论模型和经验、半经验模辨率问题，在地势变化不大且开阔的裸露地表中心取样，目的型，其中理论模型在早期研究中主要有几何光学模型、物理光是为了能够获取比较准

6、确的样点后向散射系数。将采集的土［2－4］学模型、小波扰动模型等，这些模型分别有不同的适用范壤样品放在铝盒内，利用烘干法获得土壤含水量;采用剖面板围。Chen等对IEM模型进行改进，去除了原有模型的一些假在样点东西、南北2个方向测量地表土壤的剖面，以获取地表设，发展出了AIEM模型，从而进一步提高了模型模拟的精度粗糙度Ｒs所需的2个参数即均方根高度L(cm)、相关长度S［5－7］32和适用范围。由于人们对于理论模型往往非常理想化，(cm)，相关公式为:Ｒs=L/S。部分样点的信息见图1、表1。在实际应用中无法直接

7、将其应用于土壤水分的反演，因此人1．3雷达数据及处理们在理论模型的基础上研究出了经验、半经验模型反演土壤1．3．1雷达数据本研究采用的雷达数据为Ｒadarsat－2标［8］［9］［10］水分，主要有国外的Oh模型、Dubois模型、Shi模型准极化模式数据，工作波段为C波段，中心波长5．7cm，频率和近几年国内的余凡等利用AIEM模型建立的一种实用经验5．3GHz，有HH、HV、VH和VV4种极化方式，数据类型为［11－12］模型。这些经验模型的精度得到了验证，在一定范围内SLC(singlelookcomple

8、x)，即单视复型数据产品，它采用单视获得了很高的反演精度，可以被推广应用。处理，以32bit复数形式记录图像数据。雷达经过试验区的成像时间为2013年3月13日，此时杭锦后旗河套平原的地表状态为春耕前期时的裸露地表。收稿日期:2013－09－251．3．2雷达数据处理Ｒadarsat－2雷达影像数据不同于可基金项目:国家自然科学基金(编号:51169016)。见光、红外的