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土壤水分是陆表生态环境和能量交换的重要因子,准确地获取该因子对于气象学、农学、生态水文学等都有非常重要的意义。较以往传统的点观测,利用遥感手段获取空间范围内土壤水分的优势明显。近年来,被动微波遥感以其全天时、全天候、穿透性、对土壤水分敏感等优势,成为获取大尺度土壤水分不可获取的手段之一。但是目前利用被动微波遥感反演土壤水分也存在很多问题,比如:空间分辨率低造成的像元异质性、植被和地形的影响等。这些问题严重影响了土壤水分的反演精度。本论文的重点是如何在被动微波遥感土壤水分反演中消除城镇的影响,以提高在城镇密集区的土壤水分反演精度。
由于华北平原地形平坦,选择的反演时间为秋末冬初,植被相对稀疏干燥。因此植被和地形的影响可以忽略,从而重点考虑城镇在土壤水分反演中的影响。首先,结合精度较高的半经验模型和地面空间异质性控制试验,研究了裸露土壤参数的空间分布对土壤水分反演的影响情况。其次,针对城镇微波辐射的影响与去除,开展了大量的地面试验,获取了典型建筑材料的微波辐射特征。基于对射频干扰的研究结果,结合卫星数据提取了城镇在低频通道的发射率。在研究区土壤水分的反演过程中,利用线性模型消除了城镇的影响。最后利用大面积的地面实测数据对土壤水分的反演结果进行了验证和比较。
研究结果表明:纯净裸土像元内部参数的异质性随土壤水分空间分布的不同而略有差异。土壤参数呈现正态分布和均匀分布比几何分布造成的误差要小。但是总体来看,裸土土壤内部参数的空间异质性对于土壤水分反演来说造成的绝对误差较小。
一年中城镇发射率随季节变化相对稳定。较其它季节而言,夏季波动最为剧烈。总体而言,城镇在各通道的发射率随时间变化较小。去除城镇影响与否的土壤水分反演值在趋势上和实测值一致。若将城镇影响考虑在土壤水分反演中,能够改善土壤水分反演的精度。