土壤水分遥感监测及关键技术

用遥感技术进行土壤水分监测已有超过30 a的历史,国内外学者在此领域也进行了不少的探索和研究。通过分析各种遥感土壤水分监测方法的特点,将其归纳为光学遥感和微波遥感2大类,其中,光学遥感又分为土壤热惯量法、温度植被指数法和蒸散法。根据国内外的研究现状,对应用遥感方法估算区域土壤水分的关键技术进行了深入的分析,其主要包括数据源的选取、参数反演、模型选择和精度验证4个方面。结果表明,长期以来由于这些关键技术没有得到很好的解决,极大地制约了基于遥感方法估算区域土壤水分的发展。通过对关键技术的分析,将有助于高精度遥感土壤水分监测模型的建立。     

遥感方法进行土壤水分监测的现状与进展

总结了常用的遥感监测土壤水分的基本原理和方法,介绍了国内外在这一方面所取得的主要成果。以改进的热惯量法、作物缺水指数法和植被指数法等为主要代表的土壤水分遥感监测方法日臻成熟。G IS技术的广泛应用,土壤水分遥感监测模型的优化,以及微波遥感的应用将是该领域的重点研究方向,同时指出在土壤水分监测方面应走多学科综合的道路。     

GNSS-R陆面遥感为重要补充的土壤水分监测体系设计

介绍了GNSS-R陆面遥感的原理和发展现状,在重庆市土壤水分监测现状分析基础上,设计了一种面向用户需求的土壤水分综合监测体系.在方案设计中,对人工测墒、地面气象站、自动土壤水分监测、卫星遥感干旱监测、 GNSS-R陆面遥感等5种监测手段进行了时间分辨率、空间分辨率、观测代表性的对比分析,说明将GNSS-R陆面遥感作为重要补充进行综合土壤水分监测体系设计是可行的、有益的.研究表明, GNSS-R路面遥感的应用可进一步提高重庆市土壤水分监测体系时空分辨率,填补自动土壤水分观测和卫星遥感在时间分辨率、空间分辨率之间的衔接空白,拓展GNSS连续跟踪站网新应用.与雷达估测降水、卫星重力、陆面资料同化结合,可为长江上游水资源动态监测提供支撑.     

利用MODIS数据监测大面积土壤水分与农作物旱情研究

[目的]更好地利用MODIS数据监测大面积土壤水分与农作物旱情。[方法]在叙述MODIS传感器优点的基础上,介绍了几种MODIS数据监测土壤水分与农作物旱情的方法,讨论了土壤水分遥感监测中存在的问题和发展趋势。[结果]热惯量法适用于裸露的土壤或作物前期生长的地区土壤水分监测,温度植被干旱指数法(TVDI)适用于植被覆盖度比较大地区的土壤水分监测,光谱法使用MODIS数据进行大面积、多时相土壤湿度监测是可行的,该方法从叶片光合作用和冠层温度两个方面研究了作物对水分胁迫的响应。[结论]必须加强土壤水文模型和遥感模型、遥感反演方法和数字土壤工程的研究。     

基于遥感的农业干旱监测模型研究

依据干旱监测的原理,从土壤水分、植被指数、表面温度、要素综合等角度出发,对现有主要农业干旱遥感监测模型进行归纳总结,分析了各种方法的优缺点,以及各自的适用范围;重点分析了条件植被温度指数、温度-植被干旱指数,指出它们应看作是对归一化温度指数的简化处理,兼具实用性和一定的监测精度,在业务应用中有一定的推广价值,并预测了未来遥感干旱监测的发展方向和目标。     

农田土壤水分测定与模拟研究进展

土壤水分不仅是农业生产中影响产量的重要调控因子,而且还影响环境污染物质的迁移和土壤的持续利用。本文对土壤水分各测定方法的优缺点进行了评述。提高土壤水分监测传感器精确性和观测数据自动采集、区域土壤水分的遥感监测是当前和未来的主要发展方向。对国内外应用较多的土壤水分模型做了概括和总结,其模拟方法主要以土壤水动力学方法、土壤水分平衡方法为主,随机模型受到关注。本文还对土壤水分的未来研究进行了展望。     

遥感监测土壤湿度的方法综述

通过对生态环境水热因子的遥感监测回顾,总结出定量地遥感监测土壤水分的方法主要有:微波遥感监测法、热惯量法、作物植被、亮温综合指数法和热红外法等,并对各方法的原理和具体的适用领域做了介绍和比较。     

黄淮海地区旱情遥感监测实践

以我国黄淮海冬小麦主产区为研究地点,以EOS-MODIS数据为主要数据源,针对不同作物生长时期,采用植被供水指数与土壤热惯量两种方法,结合地面观测数据建立以土壤水分为基础的旱情遥感监测指标体系,并对2006-2007年度冬小麦生育期的旱情进行了监测,结果表明,遥感旱情变化趋势与地面监测结果较为一致,进一步说明了植被供水指数与热惯量方法在区域旱情遥感监测中的潜力.     

土壤盐渍化的遥感监测方法及应用

遥感监测在实际研究应用中具有适用范围广、周期短、监测速度快的优势,目前作为主要的检测方法广泛应用于土壤盐渍化监测。土壤盐渍化的遥感监测方法一般有直接方法与间接方法。前者是直接解译盐渍化土壤光谱;后者是根据植被特征、土壤温度、土壤水分、地表阻抗等间接反演土壤的盐渍化特征。由于两种方法均有局限性,所以近年来在土壤盐渍化的遥感监测研究中,单纯应用直接或间接方法的并不多见,一般是采用两者相结合的综合方法。     

寒旱灌区含盐土壤水分雷达反演技术研究

快速获取大范围地表土壤水分空间分布是一个迫切需要解决的科学问题,而主动微波遥感能够弥补传统光学遥感与被动微波遥感监测土壤水分的不足。以河套灌区沙壕渠试验站土壤水分雷达监测为案例,利用BP神经网络技术,建立雷达后向散射系数反演土壤水分的人工智能模型,经实测数据检验能够满足工程需要,可促进微波遥感在土壤水分监测中的应用与开拓。     

土壤含水量测定方法研究进展

土壤含水量是土壤学和农业节水技术研究的重要领域和热门课题,通过分析相关文献,将土壤水分测定方法从研究手段和范围(尺度)上划分为三大类:取样—定位测量法、遥感监测法、模型模拟法。经过对已发表土壤水分测定方法相关文献的统计调查和检索,依据文献数量、文献引用率和关键词频度,得出取样—定位测定法是当前土壤水分的主要测定方法,遥感监测法是未来土壤水分测定方法的发展趋势和方向,模型模拟法具有理论探索和研究的价值。     

基于MODIS数据反演辽西地区土壤水分的研究

土壤水分的遥感监测是目前遥感技术应用研究的前沿领域。MODIS数据可快速、动态地获取大区域尺度的信息,从而为土壤水分的实时动态监测提供技术支持和精度保证。利用表观热惯量模型研究辽宁西部地区春季的土壤含水状况,通过处理2006—2009年4、5月的MODIS数据,采用经验线性模型,拟合表观热惯量与土壤含水量的关系模型,结合实测数据,得出辽西地区春季土壤含水状况分布图。由此,找到一种较适合辽西地区春季土壤水分实时监测的方法,为今后反演辽西地区春季土壤水分奠定了基础。     

应用FY-3A/MERSI数据反演土壤水分的研究

在分析应用遥感资料测量土壤水分方法的基础上,运用反演土壤水分的表观热惯量模型,研究了一种可以应用FY-3A数据反演土壤水分的方法。根据一实例,结合实测数据,拟合出表观热惯量与土壤含水量的关系模型,并验证该方法的可行性。结果表明:应用此种方法反演辽西地区春季的土壤水分状况,在0~20 cm土层内具有较高的精度,而在30 cm以下土层的精度较低。据此找到一种适用于FY-3A数据的土壤水分实时监测方法,可为今后运用FY-3A数据反演土壤水分提供一套可用方法。     

热红外遥感及其在农业旱情监测中的应用研究进展

【目的】梳理目前热红外遥感研究进展,探讨热红外遥感技术在农业旱情监测方面的应用现状,为热红外遥感技术在土壤水分反演和旱情监测方面的应用探明发展道路。【方法】文章通过系统梳理和总结国内外热红外遥感及其在农业旱情监测中的应用研究进展,分析了目前研究存在的问题,并对未来热红外遥感在农业旱灾监测中的应用进行了展望。【结果】热红外遥感已经形成多源遥感数据和多时空分辨率数据并存的局面,地表温度遥感定量反演和地表蒸散发遥感估算已经取得较大进展,但热红外遥感数据产品系统生产仍然面临许多问题,尤其是时空尺度、云影响、像元间可比性和反演精度等问题,仍然需要开展深入的研究;目前农业旱情遥感监测已经取得了较大进展,国内外学者提出了多种不同的表征指数监测方法,但由于热红外遥感存在的许多固有问题,农业旱情遥感监测仍面临许多挑战,尤其是从热红外遥感前沿问题出发开展农业旱情遥感监测模型研究。【结论】在对地观测大数据时代背景下,热红外遥感及其在农业旱情遥感监测中的应用,迫切需要进一步深入研究全天候高精度地表温度遥感反演、高精度农田蒸散遥感定量估算、时空尺度转换与多尺度监测、旱情监测机理模型构建等前沿学术问题,同时,这些问题也是农业旱情遥感监测获得突破性进展的重要方向。热红外遥感理论与方法的发展,将有力地推动我国农业旱情监测精度的提高,为现代精准农业发展保驾护航。     

基于NDVI估算植被体散射的土壤水分反演研究

[目的]为通过植被指数方法进行土壤水分估算和旱情监测提供依据。[方法]以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,雷达数据和光学遥感数据相结合,对干旱区绿洲进行土壤和植被水分信息的提取。[结果]在同期光学遥感影像数据提取叶面积指数基础上,利用简化的“MIMIcs模型”从雷达数据总的后向散射中去除植被的影响,建立土壤后向散射系数与土壤含水量之间的关系。[结论]主被动遥感数据结合在干旱区土壤水分反演时去除植被影响有较好的效果。     

贵州温度植被干旱的指数（TVDI）特征及其遥感干旱的监测应用

基于遥感技术的温度植被干旱指数(TVDI)综合了遥感陆面温度或遥感植被指数两类土壤水分检测方法的长处,有效地减小了植被覆盖度的影响,提高了遥感干旱监测的准确性.应用TVDI法和贵州2006年7月和8月,2007年8月的EOS/MODIS遥感资料,分析并揭示了山区复杂独特的NDVI-Ts空间结构特征,反演了贵州表层土壤干旱情况,并与同期当地气象站土壤湿度观测数据进行定量验证,证明TVDI与土壤湿度显著相关.该方法适宜于较大区域、复杂地形的干旱检测与预警.     

现代黄河三角洲潮土水盐与野外光谱特征浅析

土壤水分、盐分时空变异强,是影响土壤光谱特征的两个重要因素。土壤水分、土壤盐分之间关系、土壤水分、盐分与土壤光谱特征之间关系如何直接关系到利用遥感光谱信息监测土壤盐渍化的精度。通过对在2007年10月利用Hydra土壤水分/盐分/温度三参数测试仪获得的现代黄河三角洲潮土水分、盐分数据和同点利用ASD FieldSpecRProFR便携式分光辐射光谱仪获得的潮土野外光谱同步测量数据进行了分析,探讨了现代黄河三角洲潮土10cm（包括潮土和盐化潮土两个亚类）水盐特征和土壤表面野外光谱特征之间的关系,结果表明：潮土土壤水分与土壤电导率之间的关系可用二次方程曲线拟和,盐化潮土拟和度更高,当WFV〉0.275和WFV〉0.209时,盐化潮土和潮土分别随着土壤水分的增加土壤电导率不断增加。与原始野外光谱相比,包络线消除法后光谱波段与土壤水分和土壤电导率之间的Pearson相关性都有不同程度的提高,并利用包络线消除法后的波段分别建立了潮土和盐化潮土土壤水分、土壤电导率逐步回归预测方程,为动态水盐条件下盐渍化土遥感监测提供了理论依据。     

农田土壤含水率遥感监测方法的探索

以光学植被盖度为基本原理,依据像元点亮度值和反射率的关系推导基于ASTER数据1、2、3波段反射率的地表土壤水分模型,并将模型实际应用于研究区域,反演研究区土壤水分含量,将反演结果与从美国国家冰雪中心下载的AMSR-E地表土壤水产品进行对比分析,结果表明本次研究模型可以适用于大范围区域土壤水分遥感监测。     

不同含水量土壤光谱响应特征分析

[目的]揭示土壤水分对土壤光谱的影响机理,并为其他土壤参数的遥感监测提供理论支持。[方法]以新疆塔里木盆地北缘渭干河—库车河三角洲野外光谱反射数据为研究对象,运用光谱分析法研究土壤水分光谱特征及土壤水分特征波段。[结果]波长740、1 768、1 962、1 450、2 216 nm是土壤水分的吸收带。[结论]土壤光谱反射率比变化主要依赖于土壤含水量状况和波长。在波长较短的部分,土壤反射率随土壤水分变化迅速,而对于波长较长的部分,水分的吸收起显著的作用,反射率变化缓慢。     

TerraSAR-X土壤水分反演研究进展

土壤水分在农业、气象、水文和地质领域起着重要的作用,遥感反演土壤水分一直是国内外研究的热点.TerraSAR-X是德国新一代的高分辨率雷达卫星,也是世界上首颗分辨率达1 m的商业雷达卫星,其多角度、多极化方式、高分辨率以及对同一地区短周期重复成像的特性,在监测小尺度土壤水分变化上表现出了良好的发展前景.针对TerraSAR-X,总结了雷达后向散射系数对地表参数的敏感性,并从地表粗糙度和植被影响去除两方面介绍了基于TerraSAR-X平台的土壤水分研究现状,指出了存在的问题及其今后发展方向.