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土壤水分是水文、气候及农业学等模型应用中的一个关键变量;其时空分布对全球及区域尺度的水循环、陆气交互等过程起到一定的作用。土壤水分是影响干旱区生态环境的重要因素，也是干旱区植物生存的必需条件。L波段微波因其波长较长、穿透能力强，对土壤水分敏感而成为被动微波遥感反演土壤水分的最佳波段。微波穿透深度因地表覆盖、土壤质地、土壤水分等条件的不同而存在差异性。然而，大多数研究在L波段微波反演土壤水分的过程中，并没有考虑微波穿透深度的影响。 本文基于干旱区气象站的观测数据，分析L波段微波穿透深度对不同土壤层的水分、温度、发射率及亮度温度的影响;并结合双极化(H/V)的L波段微波辐射计PLMR(the Polarimetric L-band Multi-beam Radiometer)数据，通过反演气象站点的土壤水分，以分析L波段在干旱区的穿透特性及其对土壤水分反演精度的影响。具体包括以下内容: (1)通过黑河中游三个干旱站点2012年6月8日～28日的土壤水分和土壤温度观测数据，利用L波段微波辐射传输模型L-MEB(the L-band MicrowaveEmission of the Biosphere)进行不同土壤层的发射率及亮度温度的模拟，并利用微波穿透深度公式计算出对应时刻的穿透深度;利用土壤水分、土壤温度和亮温等参数，分析L波段的穿透特性。 (2)由于机载辐射计PLMR数据受到射频干扰RFI(Radio FrequencyInterference)和飞行状态的影响，使得某些数据存在较大的误差，无法准确反映地表信息。因此，采用了不同方法对原始亮度温度数据进行处理，并利用洗牌复形演化算法SCE-UA(Shuffled Complex Evolution Algorithm-University of Arizona)进行土壤水分的反演，分析观测数据的不确定性对土壤水分反演结果的影响，选择适合的观测数据处理方法，减少观测误差。 (3)采用筛选出的PLMR数据，并结合穿透深度处土壤层的水分、土壤有效温度，利用优化算法进行粗糙度及其他半经验型参数的标定，以减少模型误差。再将三种双层土壤有效温度模型，用于土壤水分的反演中，以分析土壤有效温度对微波辐射的影响。 (4)在L-MEB、土壤有效温度模型和反演分析的基础上，结合气象站土壤水分和土壤温度、机载PLMR数据，采用SCE-UA优化算法，进行土壤水分的反演，并利用气象站观测数据验证反演结果。通过验证数据，分析L波段在于旱区的穿透深度及其对土壤水分反演精度的影响。 通过研究发现，L波段在干旱区的穿透深度范围在8～24cm之间;机载PLMR亮度温度数据和土壤有效温度对土壤水分反演的影响较大;不同地区的穿透深度处土壤水分的反演结果不同;戈壁站和神沙窝站的土壤水分反演的结果与表层土壤水分最接近，花寨子站的反演结果与穿透深度处土壤层水分最接近;利用L波段微波可进行穿透深度处土壤层水分的反演。