基于IEM的多波段、多極化SAR土壤水分反演算法研究.pdf

1、作為陸面生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的重要組成,土壤水分是植物生長發(fā)育的基本條件,也是研究植物水分脅迫、進行旱情監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)等的一個重要指標.因此,大面積監(jiān)測土壤水分在水文、氣象和農(nóng)業(yè)科學領域具有較大的意義,土壤水分監(jiān)測一直是人們十分關注的問題.應用遙感技術進行土壤水分等地表參數(shù)的反演在過去的幾十年間取得了顯著進展,微波遙感尤其是主動微波遙感具有全天時、全天候觀測的優(yōu)點,并且對地表具有一定的穿透能力,能夠彌補其他遙感方式在土壤水分監(jiān)測應用中的不足

2、,為流域尺度土壤水分監(jiān)測提供了新的方法和途徑. 目前的星載SAR系統(tǒng)在向多極化、多角度方向發(fā)展,因此采用不同極化方式及不同入射角條件下的后向散射系數(shù)組合類研究雷達后向散射系數(shù)與地表參數(shù)之間的關系成為可能.本研究在比較三種典型的地表微波散射模型(Oh模型、Dubois模型、IEM模型)的基礎上,用理論模型IEM模型對地表的微波散射特征進行了模擬和分析,提出了用多極化SAR后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)來反演地表粗糙度參數(shù)和土壤水分的經(jīng)驗模型.本

3、研究的主要研究成果包括以下幾方面: (1) 對 Dubois 模型、Oh模型和IEM模型的比較結果表明,Dubois模型對介電常數(shù)、入射角變化的響應與實際情況呈截然不同,因此在用雷達數(shù)據(jù)進行土壤水分反演研究時不推薦選擇Dubois模型.Oh模型能夠模擬交叉極化的后向散射特征,而IEM模型只能模擬同極化的后向散射數(shù)據(jù),因此如果需要模擬交叉極化微波后向散射特征時,可以選擇Oh模型.理論模型IEM模型對同極化后向散射特征的模擬能夠比O

4、h模型更好地刻畫地表微波散射特征,因此在進行同極化模擬時應選擇IEM模型. (2) 分析了均方根高度、相關長度、土壤含水量等地表參數(shù)以及入射角、極化方式等系統(tǒng)參數(shù)對雷達微波后向散射特征的影響,揭示了雷達后向散射系數(shù)隨這些參數(shù)的變化而變化的規(guī)律,對雷達反演地表土壤水分的理想系統(tǒng)參數(shù)設置進行了探討. (3) 提出了利用同極化(VV或HH)后向散射系數(shù)在小入射角和大入射角情況下的差來反演地表組合粗糙度參數(shù)z.的經(jīng)驗模型;基于該

5、模型,建立了利用雷達后向散射系數(shù)反演地表土壤水分的經(jīng)驗模型. (4)提出了利用VV和HH極化相同角度的后向散射系數(shù)差來反演地表均方根高度的經(jīng)驗模型,該模型可以在較大的地表粗糙度范圍內(nèi)實現(xiàn)地表均方根高度的反演,從而使建立雷達后向散射系數(shù)與地表粗糙度之間像元尺度的對應關系成為可能. (5)首次對S波段地表微波散射特征進行了模擬與分析,并針對該波段提出了相應的地表粗糙度參數(shù)及土壤含水量反演經(jīng)驗模型,從而為將來S波段星載SAR系