被動微波遙感反演土壤水分對應(yīng)的土壤深度是土壤水分產(chǎn)品真實性檢驗和應(yīng)用中必須確定的問題。本研究利用理論模型對影響土壤熱采樣深度的參數(shù)進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上,通過回歸分析的方法發(fā)展了一個估算被動微波遙感土壤熱采樣深度的統(tǒng)計模型,并通過微波輻射測量實驗對模型進(jìn)行了驗證。研究證明,理論模型模擬裸露地表發(fā)射率平均誤差為0.032,基于理論模型發(fā)展的熱采樣深度統(tǒng)計模型的誤差在0.5 cm左右。該統(tǒng)計模型可以通過土壤含水量、溫度、質(zhì)地和觀測頻率4個較容易獲取的參數(shù)計算土壤微波輻射的熱采樣深度,為被動微波遙感土壤水分產(chǎn)品的真實性檢驗工作中地面土壤水分測量以及土壤水分遙感產(chǎn)品的應(yīng)用提供參考。 

【文章來源】：遙感學(xué)報. 2020,24(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

3層介質(zhì)微波輻射傳輸過程

驗證時，將0—5 cm土壤層的溫度和水分的平均值作為理論模型的輸入，模擬得到各頻率雙極化多入射角度條件下的發(fā)射率與輻射計實測值進(jìn)行比較（圖1）。表1列出了各通道發(fā)射率的觀測值與模擬值的均方根誤差，各通道發(fā)射率的平均模擬誤差為0.032。對比結(jié)果表明本研究采用的理論模型比較可靠，能夠滿足模擬研究的需要。3 統(tǒng)計模型的發(fā)展

圖3—圖6分別顯示了土壤水分、土壤質(zhì)地、土壤溫度和觀測頻率4個因素對熱采樣深度的影響。從圖3中可以看出，熱采樣深度隨土壤體積含水量的增大而減小。這是因為在其他參數(shù)不變的條件下，土壤水分含量增加會增大土壤介電常數(shù)（Hallikainen等，1985），從而使土壤對電磁波的衰減作用變強(qiáng)。因此，隨著土壤體積含水量的增加熱采樣深度就會越來越小。以10.65 GHz的變化曲線為例，當(dāng)土壤水分從0.04 cm3/cm3增加到0.44 cm3/cm3時，熱采樣深度從12.15 cm降低到0.61 cm。頻率越低，熱采樣深度降低的幅度越明顯。圖4顯示了觀測頻率為10.65 GHz時，土壤質(zhì)地（用土壤的比表面積表示）對熱采樣深度的影響。熱采樣深度隨著土壤比表面積的增大有增大趨勢。一般來說，水分在土壤中主要以束縛水和自由水兩種形式存在。束縛水是指由于土壤的吸附力而保持在土壤顆粒周圍的水分。根據(jù)水分距離土壤顆粒的遠(yuǎn)近不同，所受的吸附力大小不同。越靠近土壤顆粒表面，受到的吸附力越強(qiáng)。吸附力的存在使束縛水分子與入射電磁波相互作用方式與自由水分子有很大不同，從而導(dǎo)致束縛水和自由水介電特性的差異。在其他參數(shù)不變的條件下，土壤比表面積的不同，則土壤中束縛水和自由水的比例不同。土壤比表面積越大，土壤對水的吸附能力越強(qiáng)，從而有更多的自由水成為束縛水，土壤的介電常數(shù)變小（Hallikainen等，1985），對電磁波的衰減作用隨之減弱。因此隨著土壤比表面積的增大，熱采樣深度有變大的趨勢（圖4）。由于土壤顆粒組成計算的比表面積是離散化的，導(dǎo)致了熱采樣深度隨著比表面積的變化曲線呈現(xiàn)了鋸齒狀的特征。從模擬數(shù)據(jù)可以看到，雖然土壤比表面積與熱采樣深度之間并非單調(diào)變化關(guān)系，但土壤質(zhì)地對熱采樣深度的影響較小。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3387372