衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究綜述_陳書林

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1、第27卷第11期地球科學(xué)進(jìn)展Vol．27No．112012年11月ADVANCESINEARTHSCIENCENov．，2012陳書林，劉元波，溫作民．衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究綜述［J］．地球科學(xué)進(jìn)展，2012，27(11):1192-1203．［ChenShulin，LiuYuanbo，WenZuomin．Satelliteretrievalofsoilmoisture:Anoverview［J］．AdvancesinEarthScience，2012，27(11):1192-1203．］*衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究綜述1，22*1陳書林，劉元波，溫作民(1．南京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)

2、院，江蘇南京210037;2．中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，江蘇南京210008)摘要:土壤水分是影響地表過程的核心變量之一。精準(zhǔn)地測量土壤水分及其時空分布，長期以來是定量遙感研究領(lǐng)域的難點(diǎn)問題。簡要回顧基于光學(xué)、被動微波、主動微波和多傳感器聯(lián)合反演等衛(wèi)星遙感反演土壤水分的主要反演算法、存在的難點(diǎn)和前沿性研究問題，介紹了應(yīng)用土壤水分反演算法所形成的3種主要全球土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)集，包括歐洲氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星(ERS/MetOp)數(shù)據(jù)集、高級微波掃描輻射計(AMSR-E)數(shù)據(jù)集、土壤濕度與海洋鹽分衛(wèi)星(SMOS)數(shù)據(jù)集，并結(jié)合目前存在的問題探討衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:土壤水

3、分反演算法;光學(xué)遙感;微波遙感;多傳感器聯(lián)合反演;全球數(shù)據(jù)集中圖分類號:TP751．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1001-8166(2012)11-1192-12精準(zhǔn)測量，是近40年來定量遙感研究的難點(diǎn)問題之1引言一。按遙感測量手段的不同可分為光學(xué)遙感、主動土壤水分是指土壤非飽和層(也稱其為滲流微波、被動微波3類，3類各有所長(表1)。層)的水分含量。在氣候系統(tǒng)中，土壤水分是一個光學(xué)遙感主要利用土壤表面光譜反射特性、土關(guān)鍵因子，它決定著植被的蒸散發(fā)及光合作用，它是壤表面發(fā)射率及表面溫度來估算土壤水分，其空間水循環(huán)、能量循環(huán)和生物地球化學(xué)循環(huán)中的基本組分辨率高，可供選擇的衛(wèi)星傳感器多，

4、并可提供高光成部分，在降水、徑流、下滲、蒸散發(fā)水文過程中起著譜數(shù)據(jù)。被動微波利用土壤微波輻射與土壤水分強(qiáng)［1］至關(guān)重要的作用。土壤水分能反映農(nóng)業(yè)干旱程相關(guān)的特性，用微波輻射計對土壤本身的微波發(fā)射度，在農(nóng)業(yè)灌溉管理中能起到指導(dǎo)作用。土壤時域或亮度溫度進(jìn)行測量，進(jìn)而反演出土壤水分，可以穿頻域反射儀(TDR)作為一種運(yùn)用時域反射原理測透植被，探測到地表5cm左右深度，且能全天候測定土壤含水量的儀器，被廣泛應(yīng)用于土壤水分的區(qū)量。主動微波建立雷達(dá)后向散射系數(shù)與土壤介電常域性監(jiān)測中。但是由于TDR在陸地上分布不均，所數(shù)的關(guān)系，進(jìn)而反演出土壤水分，其空間分辨率高，以很難通過這種手段準(zhǔn)確獲得大區(qū)域

5、和全球性的土能穿透植被，到達(dá)地表5cm左右深度，且能全天候壤水分。衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展為區(qū)域尺度的土壤水測量。分信息的獲取提供了有效手段。近幾十年來，人們針對各類傳感器研發(fā)的土壤［2～4］基于衛(wèi)星遙感技術(shù)對土壤水分的時空分布進(jìn)行水分反演算法已達(dá)上百種，既有經(jīng)驗型算法，半*收稿日期:2012-05-09;修回日期:2012-08-13．*基金項目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“長江中游通江湖泊江湖關(guān)系演變及環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與調(diào)控”(編號:2012CB417003);國家引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計劃項目“森林生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性管理模式與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)”(編號:2009-4-44);南京林業(yè)大學(xué)科技

6、創(chuàng)新基金項目“基于遙感的森林植被水文效應(yīng)監(jiān)測模型研究”(編號:163060077)資助．作者簡介:陳書林(1981-)，男，江蘇泰興人，講師，主要從事土壤水分遙感反演研究．E-mail:chenshulin0923@163．com*通訊作者:劉元波(1969-)，男，山東濟(jì)寧人，研究員，主要從事水文遙感研究．E-mail:ybliu@niglas．a(chǎn)c．cn第11期陳書林等:衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究綜述1193表1遙感反演土壤水分技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Table1Advantagesandlimitationsofsoilmoisturemeasurements遙感測量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)光學(xué)遙感高

7、空間分辨率;刈幅寬度大;衛(wèi)星傳感器多;高光譜傳感器最小的地表穿透深度(1mm);受云、大氣、植被的影響明顯;時間分辨率較低被動微波刈幅寬度大;土壤微波輻射與土壤水分強(qiáng)相關(guān);探測到地表深度受到植被和地表粗糙度的影響;空間分辨率低5cm土壤水分;對云和大氣不敏感(～30km)主動微波高空間分辨率;多衛(wèi)星傳感器;雷達(dá)后向散射系數(shù)與土壤水分強(qiáng)時間分辨率較低;受到植被和地表粗糙度的影響相關(guān);地表穿透深度5cm;對云和大氣不敏感［5～7］［8～10］［20］［21］經(jīng)驗型算法，也