基于多頻被動微波遙感的土壤水分反演——以黑河上游為例
發(fā)布時間：2022-01-06 06:53
土壤水分是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分,如何有效地得到高精度的土壤水分產(chǎn)品成為當(dāng)前研究最為關(guān)注的問題。被動微波遙感具有監(jiān)測面積大、重訪周期短、對土壤水分敏感等優(yōu)點,成為反演土壤水分最有潛力的方式�；赟MOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）和AMSR2（The Advanced Microwave Scanning Radiometer-2）數(shù)據(jù),通過研究L波段與C波段融合亮度溫度在土壤水分反演中的潛力,發(fā)展多頻率土壤水分反演算法,并對黑河上游4個像元開展土壤水分反演研究。結(jié)果表明:①利用L/C組合亮溫反演結(jié)果與實測數(shù)據(jù)較為吻合,長時間內(nèi)變化趨勢一致,相關(guān)系數(shù)為0.841,均方根誤差為0.063 m3/m3。②通過與SMOS和AMSR2官方土壤水分產(chǎn)品比較發(fā)現(xiàn),AMSR2土壤水分產(chǎn)品存在明顯的低估,SMOS土壤水分產(chǎn)品缺失值較多,無法得到較為完整的土壤水分時間序列;利用L/C多頻率組合反演得到的結(jié)果明顯優(yōu)于官方土壤水分產(chǎn)品。融合L與C波段亮溫數(shù)據(jù),可有效提高反演土壤水分精度,實現(xiàn)高精度土壤水分的獲取。
【文章來源】：遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2020,35(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
研究區(qū)概況及像元站點分布情況
圖1 研究區(qū)概況及像元站點分布情況人類活動所形成的低頻無線電信號會被相近頻率的星載微波輻射計接收，對其觀測數(shù)據(jù)造成無線電干擾（Radio Frequency Interference,RFI），從而給衛(wèi)星接收到的微波輻射帶來較大的誤差[26-27]。本文根據(jù)De Nijs等[27]提出的AMSR2無線電剔除方法，利用7.3 GHz和10.65 GHz亮溫數(shù)據(jù)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)值來判斷C波段受到較強和中等程度的RFI干擾，并進(jìn)行剔除。針對L波段的RFI剔除，本文利用SMOS L3級RFI質(zhì)量控制產(chǎn)品（RFI＿Prob）進(jìn)行判斷，當(dāng)像元的RFI＿Prob>30%認(rèn)為數(shù)據(jù)受到RFI嚴(yán)重，剔除該像元數(shù)據(jù)[28]。
圖5(c)～(d）為WATERNET-pixel 2像元的反演結(jié)果。L/C波段組合能很好的反演獲取到該像元土壤水分的值，其相關(guān)系數(shù)為0.80,RMSE和ub RMES均為0.04 m3/m3。AMSR2土壤水分產(chǎn)品與實測數(shù)相差較大（R=0.23,RMSE=0.20 m3/m3,ub RMSE=0.05 m3/m3），無法真實的得到該像元土壤水分，同樣產(chǎn)品偏差較大。SMOS土壤水分產(chǎn)品得到的結(jié)果較好，相關(guān)性達(dá)到0.58，均方根誤差為0.09m3/m3，無偏差均方根誤差為0.08 m3/m3，偏差較小。從圖5(d）中可以看出，L/C波段組合結(jié)果和SMOS產(chǎn)品在2014年8～9月得到的反演結(jié)果高于實測數(shù)據(jù)。同樣，AMSR2土壤水分值低于0.1m3/m3。與實測值差距較大。圖5(e)～(f）分別表示W(wǎng)ATERNET-pixel 3和WATERNET-pixel 4的反演結(jié)果，其得到的相關(guān)系數(shù)在0.7以上，得到的均方根誤差為0.07 m3/m3，而無偏差均方根誤差為0.04 m3/m3和0.05 m3/m3。AMSR2和SMOS土壤水分產(chǎn)品誤差高于0.2 m3/m3,AMSR2產(chǎn)品偏差大，得到ub RMES僅為RMSE的1/4,SMOS產(chǎn)品在WATERNET-pixel 4的偏差較大，可能是造成均方根誤差較大的原因。從右側(cè)的時間序列圖中發(fā)現(xiàn)，兩個像元內(nèi)L/C波段組合與實測土壤水分的變化趨勢一致，但反演值低于實測數(shù)據(jù)。AMSR2土壤水分產(chǎn)品變化趨勢與實測數(shù)據(jù)相似，但產(chǎn)品存在明顯的低估。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于AMSR2多頻亮溫的黑河流域中上游土壤水分估算研究[J]. 陸崢,韓孟磊,盧麾,彭雪婷,蒙莎莎,劉進(jìn),楊曉帆. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2020(01)
[2]AMSR2土壤水分產(chǎn)品在黑河流域中上游的驗證[J]. 陸崢,柴琳娜,張濤,崔慧珍,李婉靜. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2017(02)
[3]基于回歸克里格的生態(tài)水文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化[J]. 葛詠,王江浩,王勁峰,晉銳,胡茂桂. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2012(09)
[4]黑河流域生態(tài)—水文過程綜合遙感觀測聯(lián)合試驗總體設(shè)計[J]. 李新,劉紹民,馬明國,肖青,柳欽火,晉銳,車濤,王維真,祁元,李弘毅,朱高峰,郭建文,冉有華,聞建光,王樹果. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2012(05)
本文編號：3571965
【文章來源】：遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2020,35(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
研究區(qū)概況及像元站點分布情況
圖1 研究區(qū)概況及像元站點分布情況人類活動所形成的低頻無線電信號會被相近頻率的星載微波輻射計接收，對其觀測數(shù)據(jù)造成無線電干擾（Radio Frequency Interference,RFI），從而給衛(wèi)星接收到的微波輻射帶來較大的誤差[26-27]。本文根據(jù)De Nijs等[27]提出的AMSR2無線電剔除方法，利用7.3 GHz和10.65 GHz亮溫數(shù)據(jù)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)值來判斷C波段受到較強和中等程度的RFI干擾，并進(jìn)行剔除。針對L波段的RFI剔除，本文利用SMOS L3級RFI質(zhì)量控制產(chǎn)品（RFI＿Prob）進(jìn)行判斷，當(dāng)像元的RFI＿Prob>30%認(rèn)為數(shù)據(jù)受到RFI嚴(yán)重，剔除該像元數(shù)據(jù)[28]。
圖5(c)～(d）為WATERNET-pixel 2像元的反演結(jié)果。L/C波段組合能很好的反演獲取到該像元土壤水分的值，其相關(guān)系數(shù)為0.80,RMSE和ub RMES均為0.04 m3/m3。AMSR2土壤水分產(chǎn)品與實測數(shù)相差較大（R=0.23,RMSE=0.20 m3/m3,ub RMSE=0.05 m3/m3），無法真實的得到該像元土壤水分，同樣產(chǎn)品偏差較大。SMOS土壤水分產(chǎn)品得到的結(jié)果較好，相關(guān)性達(dá)到0.58，均方根誤差為0.09m3/m3，無偏差均方根誤差為0.08 m3/m3，偏差較小。從圖5(d）中可以看出，L/C波段組合結(jié)果和SMOS產(chǎn)品在2014年8～9月得到的反演結(jié)果高于實測數(shù)據(jù)。同樣，AMSR2土壤水分值低于0.1m3/m3。與實測值差距較大。圖5(e)～(f）分別表示W(wǎng)ATERNET-pixel 3和WATERNET-pixel 4的反演結(jié)果，其得到的相關(guān)系數(shù)在0.7以上，得到的均方根誤差為0.07 m3/m3，而無偏差均方根誤差為0.04 m3/m3和0.05 m3/m3。AMSR2和SMOS土壤水分產(chǎn)品誤差高于0.2 m3/m3,AMSR2產(chǎn)品偏差大，得到ub RMES僅為RMSE的1/4,SMOS產(chǎn)品在WATERNET-pixel 4的偏差較大，可能是造成均方根誤差較大的原因。從右側(cè)的時間序列圖中發(fā)現(xiàn)，兩個像元內(nèi)L/C波段組合與實測土壤水分的變化趨勢一致，但反演值低于實測數(shù)據(jù)。AMSR2土壤水分產(chǎn)品變化趨勢與實測數(shù)據(jù)相似，但產(chǎn)品存在明顯的低估。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于AMSR2多頻亮溫的黑河流域中上游土壤水分估算研究[J]. 陸崢,韓孟磊,盧麾,彭雪婷,蒙莎莎,劉進(jìn),楊曉帆. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2020(01)
[2]AMSR2土壤水分產(chǎn)品在黑河流域中上游的驗證[J]. 陸崢,柴琳娜,張濤,崔慧珍,李婉靜. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2017(02)
[3]基于回歸克里格的生態(tài)水文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化[J]. 葛詠,王江浩,王勁峰,晉銳,胡茂桂. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2012(09)
[4]黑河流域生態(tài)—水文過程綜合遙感觀測聯(lián)合試驗總體設(shè)計[J]. 李新,劉紹民,馬明國,肖青,柳欽火,晉銳,車濤,王維真,祁元,李弘毅,朱高峰,郭建文,冉有華,聞建光,王樹果. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2012(05)
本文編號：3571965
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