【摘要】：土壤水分是土壤的重要組成部分,是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要脅迫因素,在全球和區(qū)域水文、水資源、氣象及氣候過程中發(fā)揮著重要作用。進(jìn)行干旱區(qū)地表土壤水分反演,對(duì)于了解干旱區(qū)地表狀況、能量轉(zhuǎn)換、生態(tài)環(huán)境和氣候變化具有重要意義,同時(shí)也能為干旱區(qū)旱情監(jiān)測、土地退化和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作提供有力支持。遙感技術(shù)的快速發(fā)展為多時(shí)空、大尺度的土壤水分反演提供了可能,主動(dòng)微波遙感具有分辨率高,對(duì)土壤水分高度敏感,以及能全天時(shí)、全天候?qū)Φ赜^測等優(yōu)勢(shì),已成為干旱區(qū)氣候與環(huán)境監(jiān)測中常用的技術(shù)手段,廣泛應(yīng)用于干旱區(qū)土壤水分監(jiān)測及地表參數(shù)反演等研究中。不同的雷達(dá)系統(tǒng)具有不同的入射波波長(頻率),波長不同,穿透能力不同,對(duì)地表參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系存在差異,因而對(duì)氣候與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的能力有所差別。其中,C波段(4~8GHz)和L波段(1~2GHz)是土壤水分遙感反演的常用波段,探究不同雷達(dá)波段(頻率)在干旱區(qū)土壤水分反演中的效果,有助于深入理解不同波段下干旱區(qū)目標(biāo)地物的散射特性,對(duì)于深入理解土壤水分遙感反演機(jī)理具有一定的參考價(jià)值。本文以內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗東南部的居延澤為研究區(qū),結(jié)合地表參數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù),基于RADARSAT-2和ALOS-2/POLSAR全極化雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤水分反演。首先,利用AIEM模型分別模擬C波段和L波段裸露地表的后向散射特征,分析后向散射系數(shù)對(duì)不同雷達(dá)參數(shù)和地表參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系;其次,探討菲涅爾反射系數(shù)與土壤水分之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以及組合粗糙度參數(shù)與后向散射系數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系;最后,利用組合粗糙度、菲涅爾反射系數(shù)與后向散射系數(shù)的關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?結(jié)合土壤水分與菲涅爾反射系數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土壤水分的反演,并對(duì)不同波段的反演效果進(jìn)行對(duì)比分析。主要結(jié)論如下:(1)后向散射系數(shù)隨雷達(dá)入射頻率、土壤水分含量和均方根高度的增加接近對(duì)數(shù)遞增,隨雷達(dá)入射角和相關(guān)長度的增加接近線性遞減。后向散射系數(shù)對(duì)入射角和土壤水分含量的響應(yīng)趨勢(shì)較為穩(wěn)定。在相同地表參數(shù)條件下L波段比C波段后向散射系數(shù)更小。(2)均方根高度對(duì)后向散射系數(shù)的影響較相關(guān)長度更為顯著,對(duì)于C波段和L波段,均方根高度和相關(guān)長度對(duì)后向散射系數(shù)的影響也有所區(qū)別,在土壤水分反演中的適用范圍也有所不同。針對(duì)本研究區(qū),C波段的粗糙度參數(shù)適用范圍為均方根高度小于1.7cm,相關(guān)長度大于8cm;L波段的粗糙度參數(shù)適用范圍為均方根高度小于2.1cm,相關(guān)長度大于6cm。(3)土壤水分含量與菲涅爾反射系數(shù)之間存在良好的二次函數(shù)關(guān)系,組合粗糙度、菲涅爾反射系數(shù)分別與后向散射系數(shù)呈良好的對(duì)數(shù)關(guān)系。結(jié)合上述關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)土壤水分進(jìn)行反演,經(jīng)實(shí)測值驗(yàn)證,C波段下R~2=0.7749,RMSE=5.87%,MAE=4.03%;L波段下R~2=0.7809,RMSE=5.23%,MAE=3.64%。(4)由土壤水分反演結(jié)果可知,居延澤大部分地區(qū)土壤水分含量在10%以下,普遍偏低,但天鵝湖和東、西居延澤古湖心區(qū)域的土壤水分含量明顯高于其他區(qū)域。C波段更易受地表粗糙度和覆蓋物的影響,而利用L波段對(duì)土壤水分進(jìn)行監(jiān)測時(shí),易受到比C波段探測深度更深的土層影響。
【圖文】：

研究區(qū)位置圖

采樣點(diǎn)分布圖
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S152.7;TN958

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊婷;陳秀萬;萬瑋;黃照強(qiáng);楊振宇;姜璐璐;;基于光學(xué)與被動(dòng)微波遙感的青藏高原地區(qū)土壤水分反演[J];地球物理學(xué)報(bào);2017年07期

2 郭鈮;王小平;;遙感干旱應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展及面臨的技術(shù)問題與發(fā)展機(jī)遇[J];干旱氣象;2015年01期

3 劉軍;趙少杰;蔣玲梅;柴琳娜;張濤;;微波波段土壤的介電常數(shù)模型研究進(jìn)展[J];遙感信息;2015年01期

4 余凡;李海濤;張承明;萬紫;劉江;趙穎;;利用雙極化微波遙感數(shù)據(jù)反演土壤水分的新方法[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2014年02期

5 尹楠;姜琦剛;孟治國;李遠(yuǎn)華;;基于RADARSAT-2全極化數(shù)據(jù)反演周期性地表土壤濕度[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2013年17期

6 陳晶;賈毅;余凡;;雙極化雷達(dá)反演裸露地表土壤水分[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2013年10期

7 馬雪琴;呂宏興;朱德蘭;張春娟;;基于遺傳算法的樹狀灌溉管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];中國農(nóng)村水利水電;2013年04期

8 丁建麗;姚遠(yuǎn);;干旱區(qū)稀疏植被覆蓋條件下地表土壤水分微波遙感估算[J];地理科學(xué);2013年07期

9 陳書林;劉元波;溫作民;;衛(wèi)星遙感反演土壤水分研究綜述[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2012年11期

10 施建成;杜陽;杜今陽;蔣玲梅;柴琳娜;毛克彪;徐鵬;倪文儉;熊川;劉強(qiáng);劉晨洲;郭鵬;崔倩;李云青;陳晶;王安琪;羅禾佳;王殷輝;;微波遙感地表參數(shù)反演進(jìn)展[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2012年06期

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1 孫亞勇;基于C和L波段主被動(dòng)微波遙感的土壤水分協(xié)同反演研究[D];中國水利水電科學(xué)研究院;2018年

2 白曉靜;基于多波段多極化SAR數(shù)據(jù)的草原地表土壤水分反演方法研究[D];電子科技大學(xué);2017年

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1 劉飛;基于雙極化RADARSAT-2數(shù)據(jù)的土壤水分遙感反演[D];長安大學(xué);2018年

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本文編號(hào)：2621665