本文關(guān)鍵詞：基于RADARSAT-2的風(fēng)沙灘地區(qū)地表土壤水分遙感反演，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：干旱半干旱地區(qū)氣候干旱，常年降水稀少，，且蒸散強(qiáng)烈，土地貧瘠，水是最為敏感和活躍的因素。土壤水雖然只占全球水資源的很少一部分（0.005％），但它能對(duì)地球表層與大氣圈之間的水熱交換產(chǎn)生直接影響，對(duì)氣候變化產(chǎn)生重要影響，在地-氣界面間物質(zhì)、能量交換以及大氣圈、水圈和生物圈三者之間的相互作用都起著非常重要的作用。 土壤水分的動(dòng)態(tài)變化研究一直是國(guó)內(nèi)外研究的重要課題之一，而傳統(tǒng)的測(cè)量土壤水分的方法大多是基于點(diǎn)的測(cè)量，在進(jìn)行實(shí)地測(cè)量時(shí)需要建立密度很高的觀測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，在野外的實(shí)際操作和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程都相當(dāng)繁瑣復(fù)雜，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境預(yù)警帶來了諸多不便。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤水分已經(jīng)表現(xiàn)出很多優(yōu)勢(shì)，其主要優(yōu)勢(shì)在于其監(jiān)測(cè)范圍廣、效率高、成本低，還能夠進(jìn)行長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，因而受到研究者廣泛的關(guān)注和重視。光學(xué)遙感和紅外遙感獲取土壤水分都存在一定的限制，微波遙感具有全天時(shí)、全天候的觀測(cè)優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)地表有一定的穿透能力，能彌補(bǔ)光學(xué)和紅外遙感方式在土壤水分監(jiān)測(cè)中的不足，為大區(qū)域、大范圍土壤水分監(jiān)測(cè)提供了新的方法和渠道，在土壤水分的研究中得到了很高的重視。地表土壤水分與星載合成孔徑雷達(dá)（SAR）的雷達(dá)后向散射系數(shù)有直接的相關(guān)性，為土壤水分的反演研究提供了可能性。 諸多研究表明，C波段估計(jì)0~5cm層的裸露地表土壤水分可達(dá)到較好的精度，目前在軌運(yùn)行的Radarsat-2SAR提供的多極化、多角度的C波段SAR數(shù)據(jù)對(duì)于地表土壤水分監(jiān)測(cè)具有很大的潛力。本文的主要目的就是采用C波段SAR數(shù)據(jù)反演風(fēng)沙灘地區(qū)地表土壤水分，主要研究成果如下： （1）對(duì)常用的裸露地表和植被覆蓋地表微波散射模型進(jìn)行適用性分析，結(jié)合研究區(qū)的NDVI情況，選擇裸露地表微波散射模型模擬研究區(qū)地表微波散射特性，選擇能夠較好刻畫地表微波散射特征的AIEM模型模擬同極化的后向散射數(shù)據(jù)，交叉極化后向散射特征則由OH模型的交叉極化比和AIEM模擬的同極化后向散射數(shù)據(jù)共同描述。 （2）對(duì)研究區(qū)的RADARSAT-2數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，得到研究區(qū)雷達(dá)后向散射系數(shù)影像和采樣點(diǎn)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，確定研究區(qū)土壤水分的變化范圍，為研究區(qū)地表微波散射特征模擬提供依據(jù)。 （3）利用AIEM模型模擬C波段雷達(dá)微波的地表后向散射特征，分析了不同極化下雷達(dá)入射角、土壤含水量、均方根高度以及相關(guān)長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)雷達(dá)后向散射特征的影響，揭示了雷達(dá)后向散射系數(shù)隨著這些參數(shù)變化而變化的規(guī)律。 （4）建立研究區(qū)地表微波散射特征數(shù)據(jù)庫，分析了后向散射系數(shù)與土壤含水量、組合粗糙度之間的關(guān)系，通過非線性回歸的方法建立后向散射系數(shù)、土壤水分與組合粗糙度之間的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，利用HV和HH極化相同角度的后向散射系數(shù)比來反演組合粗糙度，以此建立了利用雷達(dá)后向散射系數(shù)反演地表土壤水分的數(shù)學(xué)模型。 （5）利用RADARSAT-2后向散射系數(shù)，對(duì)建立的土壤水分反演模型在研究區(qū)進(jìn)行應(yīng)用與驗(yàn)證，結(jié)果表明本研究建立的土壤水分反演模型得到的反演值與實(shí)際測(cè)量值之間在風(fēng)沙灘地區(qū)較平坦、低植被覆蓋地表有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.8309，絕對(duì)誤差為1.29%，相對(duì)誤差為14.8%，均方根誤差RMSE為3.44。表明RADARSAT-2的C波段SAR數(shù)據(jù)，可以用來風(fēng)沙灘地區(qū)的土壤水分。
【關(guān)鍵詞】：土壤水分反演 主動(dòng)微波遙感 Radarsat-2 AIEM 風(fēng)沙灘
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S152.7;P237
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題背景與研究意義11-13
• 1.1.1 選題背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 土壤水分微波遙感國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤水分進(jìn)展13-14
• 1.2.2 主動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤水分進(jìn)展14-16
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線16-20
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.3.2 技術(shù)路線18-20
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)20-21
• 第二章 土壤水分微波遙感反演基礎(chǔ)21-30
• 2.1 微波遙感機(jī)理21-24
• 2.1.1 雷達(dá)方程和后向散射系數(shù)21-23
• 2.1.2 雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)23-24
• 2.2 土壤介電特性24-27
• 2.2.1 土壤水分25-26
• 2.2.2 土壤介電常數(shù)26-27
• 2.3 粗糙度參數(shù)27-30
• 2.3.1 均方根高度27-28
• 2.3.2 表面相關(guān)長(zhǎng)度28
• 2.3.3 表面自相關(guān)函數(shù)28-29
• 2.3.4 地表粗糙度測(cè)量29-30
• 第三章 土壤水分微波遙感反演模型30-41
• 3.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>30-31
• 3.1.1 Oh 模型30-31
• 3.1.2 Dubois 模型31
• 3.2 理論模型31-37
• 3.2.1 基爾霍夫模型（Kirchhoff）32-33
• 3.2.2 小擾動(dòng)模型（SPM）33-34
• 3.2.3 積分方程模型(IEM)34-35
• 3.2.4 高級(jí)積分方程模型（AIEM）35-36
• 3.2.5 MIMICS 模型36-37
• 3.3 半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>37-39
• 3.3.1 Shi 模型37-38
• 3.3.2 水云模型(Water-Cloud model)38-39
• 3.4 研究區(qū)微波散射模型的選擇39-41
• 第四章 研究區(qū)土壤水分反演模型的建立與驗(yàn)證41-64
• 4.1 研究區(qū)概況41-42
• 4.2 數(shù)據(jù)收集與處理42-46
• 4.2.1 雷達(dá)數(shù)據(jù)42-44
• 4.2.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)44-46
• 4.3 AIEM 模擬裸露地表后向散射特征46-53
• 4.3.1 后向散射系數(shù)對(duì)雷達(dá)入射角的響應(yīng)特征46-49
• 4.3.2 后向散射系數(shù)對(duì)土壤含水量的響應(yīng)特征49-50
• 4.3.3 后向散射系數(shù)對(duì)地表粗糙度的響應(yīng)特征50-53
• 4.4 地表參數(shù)與后向散射系數(shù)的關(guān)系模型53-58
• 4.4.1 后向散射系數(shù)與土壤水分的關(guān)系模型53-55
• 4.4.2 后向散射系數(shù)與地表粗糙度的關(guān)系模型55-58
• 4.5 研究區(qū)土壤水分反演與驗(yàn)證58-64
• 4.5.1 后向散射模型58-60
• 4.5.2 土壤水分反演60-62
• 4.5.3 研究區(qū)地表土壤水分反演62-64
• 第五章 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 主要結(jié)論64
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)64
• 5.3 不足與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于RADARSAT-2的風(fēng)沙灘地區(qū)地表土壤水分遙感反演，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：275778