基于雷达和光学影像监测土壤表层水分

结合微波雷达与光学影像在监测表层土壤水分信息上的优势,提取了山西省西山矿区的表层土壤水分状况.受地形、植被等因素的干扰,对雷达影像进行正射校正,去除地形起伏对雷达图像的影响,基于光学数据获取植被含水量信息,并利用“水-云”模型去除植被覆盖对土壤后向散射的影响,运用去除地形和植被影响的后向散射系数,结合现有的土壤水介电模型,计算得出了研究区的土壤表层水分信息.采用的研究方法避免了传统的土壤孔隙、地表辐射等现场地表模型参数的获取,可实现大范围快速的表层土壤水分监测.     

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。     

基于全极化SAR数据的玉米后向散射特征分析

以江苏省睢宁县为研究区域,选择2009年7月23日已覆盖该区域的Radarsat-2全极化影像数据,着重分析玉米全化方式后向散射特性,并将玉米生长参数与后向散射系数进行相关分析,建立统计模型,最后利用不同地物后向散射特征的差异,采用决策树分类算法提取玉米种植分布情况.结果显示,玉米叶面积指数和HH极化后向散射系数、HH/HV具有较好的相关性;经过验证,采用决策树分类算法提取玉米种植分布情况,制图总体精度达到84.1%.说明全极化雷达数据能提供更为丰富的地物后向散射信息,是农作物遥感监测的重要数据来源.     

基于高分三号卫星合成孔径雷达数据的农田土壤水分反演

土壤水分是农作物生长的基本条件,本研究基于高分三号卫星C波段合成孔径雷达数据,提出新的土壤水分反演算法,并获取区域尺度8 m空间分辨率的农田区土壤水分。首先,通过PROSAIL模型、实测植被冠层含水量、Landsat-8光学数据优选光学植被水分指数,计算水云模型参数并获得土壤直接后向散射系数;其次,利用高级积分方程模型模拟雷达后向散射影响机制,采用雷达影像高低入射角特性计算地表组合粗糙度;最后,利用高分三号卫星同极化雷达数据反演农田区土壤水分,并基于实测数据开展精度验证。结果表明：土壤水分反演值与野外实测值具有良好一致性,垂直极化下反演精度更高,其决定系数为0.595 6,均方根误差为0.041 5 m3/m3。本研究成果可为我国自主研发的高分三号卫星获取高分辨率土壤水分信息提供算法参考。     

四极化Radarsat-2数据对裸露地表土壤水分的反演

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,最后分析模拟值与实测值的相关性。结果表明,模拟值与实测值有着很好的相关性(r2=0.870 1),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。     

基于多源遥感数据的森林生物量定量评价研究

以ALOS PALSAR L波段双极化FBD微波遥感数据及多光谱光学遥感数据AVNIR-2为基础,对数据进行预处理,利用地面云南松林样地坐标,提取HH、HV双极化后向散射系数及极化比值3个因子,结合光学遥感数据提取4个波段值及NDVI、RVI 2个植被指数,作为云南松林生物量估测因子。分别以微波数据、光学数据、微波及光学数据结合的多源遥感数据,建立3个云南松林生物量估测模型。结果表明:所建模型经方差分析均达到显著相关或极显著相关水平;PALSAR L波段双极化后向散射系数,可以反映森林生物量的变化,但反演精度有待进一步提高;AVNIR-2数据模型优于PALSAR L波段双极化数据模型;多源数据模型与光学数据模型的估测精度相近。     

基于ENVISAT ASAR数据的水稻遥感监测

以江苏省兴化市水稻试验区为例,利用单时相多极化ENVISAT ASAR(Advanced Synthetic Aperture Ra-dar)数据进行水稻识别和生长参数反演。通过分析水稻和其他地物在该时相上的VV极化和HH极化后向散射特征,选择合适的阈值和条件,利用阈值分类算法从影像中提取水稻分布。另外,利用实测水稻生长参数和获取的植被指数(NDVI)数据与水稻后向散射系数进行相关性分析。分析结果表明,水稻VV极化后向散射强度与水稻形态结构、叶面积指数和生物量具有较好的相关性,而水稻HH极化后向散射强度对水稻冠层含水量的变化更敏感。基于上述分析,建立反演水稻株高、叶面积指数和NDVI等参数的关系模型。经过验证,水稻识别精度为84.36%,反演的水稻生长参数的空间变化和实际情形相符合。     

不同波长极化SAR数据水云模型森林生物量反演对比分析

【目的】水云模型(WCM)是一种采用SAR数据反演森林地上生物量(AGB)应用较为广泛的半经验模型,探索将不同波长、极化方式、极化信息等引入WCM,以期为提高森林AGB反演精度提供科学依据。【方法】本文以X、C、L、P波段多频极化SAR数据为数据源,首先将各波长各极化后向散射系数用于WCM进行森林AGB反演,对比其反演精度;接着采用极化分解分量构建地体散射比参数,并将其引入WCM发展为极化水云模型(PolWCM),同时对比分析其在X、C、L、P波段森林AGB的反演结果。【结果】(1)在X、C、L、P 4个波段中,除X波段外,将HV极化后向散射系数代入WCM进行森林AGB反演,精度均高于基于其他极化通道后向散射系数的反演结果;且长波长(L和P)的反演精度高于短波长(X和C)的反演精度。在L波段,将HV极化后向散射系数代入WCM进行森林AGB反演,R²和RMSE分别为0.46和18.00 t/hm²;P波段HV极化反演结果的R²和RMSE分别为0.43和21.18 t/hm²。(2)将极化信息以地体散射...     

玉米地微波相干和非相干散射模型比较分析(英文)

[目的]对玉米地微波相干和非相干散射模型进行比较分析。[方法]在Stile相干散射模型的基础上提出了针对玉米作物的相干散射模型,模型中使用物理光学(PO)和无限长介电圆柱体近似方法计算玉米叶片和秆的单散射体矩阵,替代了原模型中计算窄叶的单散射体模型,并在模型中考虑了不同散射机制之间相互作用所产生的相干分量。研究中所使用的非相干散射模型为密歇根森林散射模型(MIMICS)。使用吉林省公主岭地区玉米地部分生长周期内的实测数据为以上相干和非相干散射模型的输入参数,分别模拟L和C波段VV和HH极化的后向散射系数,并将这2个模型的模拟结果进行了比较。[结果]该模型在不考虑树干层的情况下,可应用于玉米地后向散射系数的模拟玉米;该相干散射模型在L波段的模拟结果较差,在植被生长初期表现为模拟结果没有明显的规律性;通过相干和非相干散射模型的比较分析,证实由散射机制引起的相干性是较小的。[结论]文中只分析了随入射角变化,相干和非相干散射模型的差异,在以后的研究中,需要进一步分析该差异随植被和土壤参数的变化情况。     

基于全极化Radarsat-2数据的水稻生物量估算模型

依据苏州东桥试验区水稻生长期观测数据,采用多时相水稻拔节到抽穗期全极化Radarsat-2数据,分别分析了不同极化HH、VV、CROSS、比值HH/VV的雷达后向散射系数时域变化特征与生物量的相关关系,构建水云模型、二次多项式模型和指数模型反演水稻生物量。反演结果表明:HH、CROSS水云模型都有不错的反演效果,相关系数分别为0.910、0.902,而HH水云模型反演生物量尤佳,均方根误差为0.190。指数模型普遍优于二次多项式模型,HH/VV指数模型效果出众,相关系数为0.929,均方根误差为0.164。通过比较分析不同极化的水云模型、二次多项式模型和指数模型,HH水云模型与HH/VV指数模型反演水稻生物量精度相对较高。     

内蒙古河套灌区土壤墒情信息的多极化雷达响应分析

以内蒙古河套灌区磴口县为研究区,结合Radarsat-2四极化雷达遥感数据对土壤墒情进行响应分析。研究结果表明,同极化后向散射系数同土壤墒情的响应性高于交叉极化,以同极化均值和交叉极化均值作为参量建立回归模型进而对研究区反演分析,经实测数据检验,该方法能够在一定程度上满足土壤水分监测的需要,优于传统土壤水分分类方法。     

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。     

Integrating Remote Sensing and Proximal Sensors for the Detection of Soil Moisture and Salinity Variability in Coastal Areas

Soil moisture and salinity are two crucial coastal saline soil variables, which influence the soil quality and agricultural productivity in the reclaimed coastal region. Accurately characterizing the spatial variability of these soil parameters is critical for the rational development and utilization of tideland resources. In the present study, the spatial variability of soil moisture and salinity in the reclaimed area of Hangzhou gulf, Shangyu City, Zhejiang Province, China, was detected using the data acquired from radar image and the proximal sensor EM38. Soil moisture closely correlates radar scattering coefficient, and a simplified inversion model was built based on a backscattering coefficient extracted from multi-polarization data of ALOS/PALSAR and in situ soil moisture measured by a time domain reflectometer to detect soil moisture variations. The result indicated a higher accuracy of soil moisture inversion by the HH polarization mode than those by the HV mode. Soil salinity is reflected by soil apparent electrical conductivity (ECa). Further, ECa can be rapidly detected by EM38 equipment in situ linked with GPS for characterizing the spatial variability of soil salinity. Based on the strong spatial variability and interactions of soil moisture and salinity, a cokriging interpolation method with auxiliary variable of backscattering coefficient was adopted to map the spatial variability of ECa. When compared with a map of ECa interpolated by the ordinary kriging method, detail was revealed and the accuracy was increased by 15.3%. The results conclude that the integrating active remote sensing and proximal sensors EM38 are effective and acceptable approaches for rapidly and accurately detecting soil moisture and salinity variability in coastal areas, especially in the subtropical coastal zones of China with frequent heavy cloud cover.     

干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分的影响（摘要）

[目的]研究干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分变化的影响。[方法]对云南省元谋县的金沙江段干热河谷植被覆盖坡面及裸地进行雨季地表径流和土壤含水量的连续观测,并对观测数据进行统计学分析。[结果]植被覆盖能够显著减少地表径流量,对照小区（裸地）地表径流量是植被覆盖小区的22倍;植被覆盖下0～180cm土壤含水量比裸地增加37.6%;植被覆盖提高了土壤深层含水量的稳定性,并保持土壤物理性质稳定;不同深度土壤不仅水分含量差异显著,而且土壤水分含量变化也明显不同。[结论]坡面植被覆盖能够明显改变土壤水文,维持土壤水分含量在较高水平,特别是20cm以下的土层。     

Bistatic scatterometer monitoring of soil moisture by microwave remote sensing at X-band

Soil moisture is important for irrigation planning, as well as in forecast the risk of flash floods, or the occurrence of fog. Measurement of scattering coefficient σ0 of a bare soil was performed by changing the soil moisture content by using the X-band (9.5 GHz) scatter meter. These experiments were conducted over a range of incidence angle from 20° to 70° at step of 5° for both the vertical–vertical (VV) and horizontal–horizontal (HH) polarization. The emissivity is observed by measuring the reflectivity from the microwave system. Results show a good angular variation of emissitivity in both the polarization with soil moisture. An idea was developed by using incidence angles as a modulating factor for retrieving the soil moisture at X-band.     

洱海流域不透水面遥感信息提取技术研究

[目的]研究洱海流域不透水面遥感信息提取技术,以期开发水污染形成时空过程动态模拟平台。[方法]采用线性光谱分离技术,实现V-I-S模型求解,从2009年Landsat5的TM数据中对洱海流域进行不透水面遥感信息提取,利用植被、高反照度、低反照度和裸土4种最终光谱端元的线性组合,模拟TM波谱特征,并对其分布范围、空间特征等进行了分析。[结果]中等分辨率影像适合于流域尺度的不透水面提取,其结果可靠、精度较好。[结论]该研究结果为选择洱海非点源污染的调控策略、协调经济发展与环境保护的关系提供了决策依据。     

延河流域人工与自然植被土壤水分空间差异性研究

[目的]研究延河流域自然植被与人工植被土壤含水量及其空间变化,为黄土高原土壤水分的利用和人工植被建设提供理论依据。[方法]针对延河流域人工植被建造存在植被退化问题,根据降雨温度变化,将延河流域划分为17个环境梯度单元,对自然植被与人工植被进行了野外调查,研究了降雨梯度、坡位及坡向对植被0~500 cm土层土壤含水量的影响。[结果]流域内土壤水分具有很强的空间变异性。自然植被0~500 cm土壤含水量为8.15%,变异系数为33.12%;人工植被土壤含水量较低,仅6.74%。地形因子能够显著影响自然植被与人工植被的土壤含水量,自然植被不同坡位和坡向的0~500 cm土壤含水量大于人工植被。[结论]综合考虑土壤水分生态环境的可持续性,阴坡下与平地相对适合人工植被的营造,在植被配置时,需要考虑植被类型及耗水特点。     

微波遥感土壤湿度研究进展

土壤湿度是陆地和大气能量交换过程中的重要因子，并对陆地表面蒸散、水的运移、炭循环有很强的控制作用。利用微波遥感大面积监测土壤湿度在水文、气象和农业科学领域具有较大的应用潜力。微波遥感监测土壤湿度具有全天时、全天候并对地物有一定的穿透能力等特点，突破了传统测量方法和光学遥感获取土壤湿度的局限。微波遥感已逐渐成为目前监测土壤湿度的热门方法之一。     

不同生长期麻栎叶片水分含量与水分指数的回归关系研究（摘要）

[目的]研究不同生长期麻栎叶片水分含量（FMC）与水分指数（WI）的回归关系。[方法]以连云港市花果山麻栎树为研究对象,在叶片水平上研究了WI对叶片FMC变化的敏感性,并分析其统计特征。[结果]WI对麻栎叶片FMC变化敏感,二者线性回归水平显著,并得到FMC与WI之间的拟合曲线。[结论]该研究为研究区范围内植被水分遥感获取方法提供了参考。