被动微波遥感反演土壤水分的实验研究

论文摘要

土壤水分在全球气候环境变化中具有重要作用,被动微波遥感不受光照条件限制,能够全天候工作,而且能够穿透植被,并对土壤具有一定的穿透能力,是众多监测土壤水分技术中最有效的手段之一,然而目前对于土壤表面粗糙度影响下的土壤水分监测研究还不够成熟,需要进一步的研究。本文分析了被动微波遥感反演土壤水分国内外研究现状,在前人相关理论与方法的研究基础之上,基于土壤的微波辐射特性,通过双波段（C、Ku）微波辐射计对不同水分、不同表面粗糙度的土壤微波辐射特性进行了实验研究,分析了土壤湿度与土壤的微波发射率、土壤粗糙度与微波遥感指数之间的定量关系,建立了上壤湿度与微波发射率、粗糙度与微波遥感指数间的经验模型。实验结果发现：①在土壤表面平整时,上壤湿度与上壤微波发射率呈线性负相关,即随着土壤湿度的增加,土壤微波发射率线性下降。②在入射角为30°-50°范围内,无论是垂直还是水平极化,30°入射角时微波对土壤测湿灵敏度最大,表明在入射角30°的水平极化下微波反演土壤水分的效果最好。③随着土壤表面粗糙度的增加,微波极化指数MPDI与微波发射率极化差△e均有迅速下降、趋于平稳、再缓慢上升的趋势,其随粗糙度变化呈现二次曲线相关关系。研究结果为星载被动微波遥感反演土壤水分研究和模型建立提供了一定的实验理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 被动微波遥感反演土壤湿度国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 被动微波遥感基础
• 2.1 微波遥感概况
• 2.2 微波遥感的特点
• 2.3 被动微波辐射原理
• 2.3.1 热辐射基本定律
• 2.3.2 亮度温度与发射率
• 2.5 微波辐射计工作原理
• 第3章 土壤水分反演的微波物理基础
• 3.1 土壤水分与土壤介电特性
• 3.1.1 土壤水分
• 3.1.2 土壤介电常数
• 3.2 土壤表面物理特征参数
• 3.2.1 表面粗糙度参数
• 3.2.2 土壤质地
• 3.3 被动微波反演土壤水分模型与算法
• 3.3.1 裸露区的地表反演模型
• 3.3.2 植被覆盖地区的地表反演模型
• 3.3.3 土壤湿度反演算法
• 第4章 实验研究与结果分析
• 4.1 实验设备
• 4.2 微波辐射计定标
• 4.3 地表参数的测量方法
• 4.3.1 土壤温度
• 4.3.2 土壤含水率
• 4.3.3 土壤表面粗糙度
• 4.4 实验一：土壤表面平整时土壤水分的微波辐射特性
• 4.4.1 实验方案设计
• 4.4.2 数据处理与结果分析
• 4.4.3 对实验结果的验证
• 4.5 实验二：不同粗糙度表面下的土壤微波辐射特性
• 4.5.1 实验方案设计
• 4.5.2 数据处理与结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文及科学研究经历