發(fā)布時間：2020-09-17 09:47

　　 土壤水分作為聯(lián)系地表水和地下水的紐帶,在地表能量平衡和物質(zhì)交換中扮演著重要的角色,是農(nóng)作物、林草等植物耗水的主要來源,與水循環(huán)、植物耗水及生長、地下水環(huán)境有著密切的聯(lián)系,是水文氣象、生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)林牧業(yè)等科學(xué)研究領(lǐng)域的重要參數(shù)。在我國西北干旱與半干旱地區(qū),降水稀少,且蒸散強(qiáng)烈,水資源短缺成為該區(qū)域最明顯的環(huán)境特征,因此,實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度上的土壤水分實(shí)時監(jiān)測并對其空間特征進(jìn)行分析,對于合理規(guī)劃該區(qū)的水資源配置與環(huán)境保護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。微波遙感技術(shù)由于不受云層光照影響,具有全天時、全天候及穿透性等特點(diǎn),為大面積監(jiān)測土壤水分提供了一種有效的手段。目前,微波遙感反演土壤水分主要的難點(diǎn)在于如何有效消除地表覆蓋植被和粗糙度對雷達(dá)后向散射系數(shù)的影響,本文的主要目的是結(jié)合RADARSAT-2 SAR數(shù)據(jù)和GF-1光學(xué)遙感數(shù)據(jù),采用改進(jìn)的水云模型消除植被對雷達(dá)后向散射系數(shù)的影響,基于AIEM模型和組合粗糙度參數(shù)(5=3/構(gòu)建適用于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)的土壤水分反演模型,并制作研究區(qū)地表0-6cm土壤水分分布圖�；诜囱莸耐寥浪�,進(jìn)一步分析研究區(qū)內(nèi)土壤水分與環(huán)境因子(地貌、植被、地形因子)之間的響應(yīng)關(guān)系。主要研究成果如下:(1)基于不同大小的濾波窗口和濾波方法,對RADARSAT-2 SAR數(shù)據(jù)的濾波效果進(jìn)行評價,綜合各方面的評價效果,發(fā)現(xiàn)5*5的濾波窗口最為合適,Gamma方法的濾波效果最佳。(2)基于改進(jìn)的水云模型、AIEM模型和組合粗糙度參數(shù)構(gòu)建的土壤水分反演模型具有良好的反演精度,精度評價指標(biāo)RMSE和MAE分別為5.38%和3.83%,與其他在相同或類似地區(qū)建立的反演模型相比,本文的模型具有較高的反演精度。(3)土壤水分反演結(jié)果顯示,研究區(qū)絕大部分區(qū)域土壤含水量低于35%,水分分布特征與研究區(qū)沙丘分布特征一致,呈西北-東南向條帶狀分布,與野外實(shí)際監(jiān)測結(jié)果一致。(4)基于研究區(qū)的土壤水分分布特征,進(jìn)一步研究了土壤水分與地貌類型的關(guān)系,各地貌類型單元與其對應(yīng)的水分均值的關(guān)系為:灘地土壤水分(均值17.31%)沙丘土壤水分(均值3.76%)。(5)土壤水分與植被的關(guān)系表明:草本植被區(qū)土壤水分(均值22.8%)沙蒿區(qū)土壤水分(均值8.03%)堿草區(qū)土壤水分(均值6.12%);研究區(qū)的土壤含水量與NDVI之間存在良好的正相關(guān)線性關(guān)系(R2=0.8735)。(6)土壤水分與地形因子的關(guān)系表明:高程和坡度兩個因子主要影響土壤水分的分布,當(dāng)高程1350 m時,較濕潤和濕潤等級處于優(yōu)勢分布;當(dāng)高程在1350~1430 m區(qū)間內(nèi),干旱等級處于優(yōu)勢分布;而當(dāng)高程1430 m時,濕潤等級占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢。另外,當(dāng)坡度3°時,濕潤等級處于優(yōu)勢分布;而當(dāng)坡度3°時,干旱等級則占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢。以上結(jié)論與實(shí)際監(jiān)測情況相符,進(jìn)一步證實(shí)了本文建立的反演模型能夠較真實(shí)地反演本研究區(qū)的土壤含水量,具有良好的可靠性。
【學(xué)位單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S152.7;S127
【部分圖文】：

研究區(qū)位置示意

圖 2.3 土壤表層 10cm、20cm、30cm 含水量曲線水量的垂向分布受到降雨、植被、地形等諸多因子的影響。圖度層（10 cm、20 cm、30 cm）土壤含水量的分布規(guī)律曲線，外，整體上土壤表層含水量在 0 ~ 30 cm 范圍內(nèi)是隨深度而增度層的平均土壤體積含水量表明：8.21%（10cm）< 8.77%（20中，10cm 和 20cm 土壤水分的相關(guān)性為 0.97，20cm 和 30cm94，10cm 和 30cm 的相關(guān)性為 0.92，表明土壤含水量的相關(guān)性有減小。壤的光譜特性壤光譜曲線測量土壤的光譜測量采用美國 ASD 公司制造的 FieldSpec○R4 便攜式范圍為 350 ~ 2500 nm，視場角為 25°，其光譜采樣間隔在 350，在 1001 ~ 2500 nm 之間是 2 nm�？梢詰�(yīng)用于遙感探測、農(nóng)

圖 2.4 野外光譜采集譜特征曲線集完畢后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用光譜儀的后處理軟件 ASD V行處理分析，并剔除其中無效的數(shù)據(jù)，對每類地物的多到各目標(biāo)的光譜特征曲線。由于在光譜采樣過程中，除其他無關(guān)信息和噪聲，如樣品背景和雜散光等，使得光曲線不夠平滑，因此，需要對光譜曲線進(jìn)行平滑處理。多點(diǎn)的移動平均或中值法，Savitzky-Golay 算法，歸一用目前應(yīng)用較為廣泛的 Savitzky-Golay 算法進(jìn)行光譜平如圖 2.5 所示，其中，根據(jù)已有文獻(xiàn)結(jié)論[59, 60]和分析野水汽吸收影響嚴(yán)重的波段，剔除范圍為：1350 ~ 1450 nm、

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本文編號：2820561