目前基于被動微波遙感技術(shù)的地表凍融變化監(jiān)測對垂直剖面內(nèi)表層土壤溫度的差異考慮較少。該文從判別算法和多層土壤溫度差異性兩方面進行分析,結(jié)果顯示:1)基于準發(fā)射率和基于亮溫標準差的凍融判別算法的判別結(jié)果均與1 cm表層土壤地面監(jiān)測結(jié)果吻合率最高,表明被動微波凍融產(chǎn)品的驗證應盡可能使用最靠近地面的土壤層溫度,兩種算法在1～5 cm不同深度表層土壤的驗證中均顯示出較大差異;2)土壤表層溫度在0 cm和5 cm深度處的相關(guān)性極好,但在凍融判別閾值0℃附近存在較大差異,該差異是導致判別誤差的重要來源。研究結(jié)果對于地表凍融參量的定量化、精細化遙感監(jiān)測研究具有理論意義和應用價值。 

【文章來源】：地理與地理信息科學. 2020,36(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

技術(shù)流程

表2 基于兩種算法的凍融變化判別結(jié)果在不同土壤深度上的吻合率Table 2 Coincidence rates of the freeze-thaw change discrimination results of the two algorithms at different soil depths% 時間段 基于準發(fā)射率的凍融判別式算法 基于亮溫標準差的凍融判別式算法 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 1～5 cm均值 1 cm和5 cm均值 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 1～5 cm均值 1 cm和5 cm均值 2002年8月23日-2003年5月23日 88.6 74.6 73.2 51.3 49.6 67.5 69.1 97.9 85.9 84.3 59.1 57.1 76.9 77.5 2003年9月17日-2004年8月28日 95.7 83.2 82.7 67.8 66.8 79.2 81.3 97.4 89.2 88.7 72.7 71.6 83.9 84.5在地表凍融被動微波遙感監(jiān)測研究中,有時會將溫度探頭傾斜插入土體內(nèi),此時的探測溫度反映了土壤5 cm深度范圍內(nèi)的平均溫度,因此,本研究對前后兩個時間段1～5 cm處的平均吻合率進行統(tǒng)計,結(jié)果分別為67.5%和79.2%,其與表層1 cm吻合率的差異分別為21.1%和16.5%;此外,對1 cm和5 cm兩層的吻合率進行平均,發(fā)現(xiàn)其與1～5 cm吻合率均值較為接近。

為研究不同土壤深度之間的溫度差異和關(guān)聯(lián)性,本研究選取國家氣象信息中心提供的2002年、2003年和2004年全國地面氣象站點0 cm和5 cm日平均溫度進行對比分析(圖3)。從圖3可以看出,各年份0 cm與5 cm的土壤溫度均表現(xiàn)出良好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)均接近0.99。在地表凍融變化的遙感監(jiān)測驗證中,根據(jù)凍土的定義,一般將0 ℃作為土壤凍結(jié)或融化的判別閾值;同時,以往研究中發(fā)現(xiàn)判別錯誤的值往往出現(xiàn)在0 ℃附近。鑒于此,本研究分別對-40～-4 ℃、-4～-2 ℃、-2～-1 ℃、-1～-0.5 ℃、-0.5～0 ℃、0～0.5 ℃、0.5～1 ℃、1～2 ℃、2～4 ℃和4～40 ℃范圍內(nèi)的判錯率進行分析(表3)。某溫度范圍內(nèi)的判錯率代表該范圍內(nèi)0 cm溫度高于0 ℃且5 cm溫度低于0 ℃(圖3中第二象限箭頭所示數(shù)據(jù))與0 cm溫度低于0 ℃且5 cm溫度高于0 ℃的數(shù)據(jù)量(圖3中第四象限箭頭所示數(shù)據(jù))占總數(shù)據(jù)量的比例。由表3可知,不同溫度范圍內(nèi)由兩層土壤溫度差異引起的判錯率不同,在-0.5～0 ℃以及0～0.5 ℃范圍內(nèi),3個年份的平均判錯率分別為44.48%和43.09%,說明若表層溫度于衛(wèi)星過境時刻在此溫度范圍內(nèi)波動,則由于0 cm和5 cm驗證數(shù)據(jù)自身的差異所導致的判錯率將達40%以上;隨著距離0 ℃越遠,判錯率逐漸下降,在-40～-4 ℃和4～40 ℃之間,3個年份的判錯率平均值分別為0.73%和0.03%。需要說明的是,總體判錯率與所用數(shù)據(jù)的溫度區(qū)間以及各區(qū)間所占比例有關(guān),由于0 ℃附近的判錯率較高,表層土壤在衛(wèi)星過境時刻的溫度保持在0 ℃附近的天數(shù)占比越大,最終由不同土壤深度間差異性引起的判別誤差將越大。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]AMSR-E亮溫監(jiān)測中國近地表凍融循環(huán)算法研究[J]. 謝燕梅,晉銳,楊興國.  遙感技術(shù)與應用. 2013(02)
[2]復雜地表條件下凍融土的微波輻射特性模擬及判別分析[J]. 趙天杰,張立新,蔣玲梅,趙少杰.  冰川凍土. 2009(02)
[3]SSM/I監(jiān)測地表凍融狀態(tài)的決策樹算法[J]. 晉銳,李新,車濤.  遙感學報. 2009(01)
[4]青藏高原表層土壤的日凍融循環(huán)[J]. 楊梅學,姚檀棟,Hirose Nozomu,Hideyuki Fujii.  科學通報. 2006(16)
[5]青海高原春秋季地表土凍融的微波遙感監(jiān)測[J]. 曹梅盛,張鐵鈞.  遙感學報. 1997(02)



本文編號：3580248