基于被動(dòng)微波遙感降尺度土壤水分產(chǎn)品融合研究
發(fā)布時(shí)間:2021-01-12 07:28
土壤水分是地表水資源循環(huán)和大氣能量收支的關(guān)鍵變量,也是各種陸面過程、生態(tài)、水文及農(nóng)業(yè)作物模型的核心輸入?yún)⒘恐。土壤水分變化?duì)氣候變化、地球表層水熱循環(huán)、以及土壤理化性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生深刻影響。因此,準(zhǔn)確、定量地獲取全球與局部地區(qū)土壤水分變化信息對(duì)于理解與應(yīng)對(duì)氣候變化和維持生態(tài)系統(tǒng)平衡至關(guān)重要;谛禽d微波遙感的土壤水分反演是當(dāng)前獲取大尺度區(qū)域、長時(shí)間序列土壤水分信息的最便捷高效的手段。但是被動(dòng)微波遙感觀測(cè)像元空間分辨率一般較低,且當(dāng)像元中土壤成分比較復(fù)雜時(shí),土壤水分反演結(jié)果的精度就會(huì)受到很大的影響。雖然通過基于光學(xué)遙感和被動(dòng)微波遙感相結(jié)合的降尺度手段可以獲得具有更高空間分辨率的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù),然而,由于限于衛(wèi)星傳感器的壽命,獲取長時(shí)間動(dòng)態(tài)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)需要聚合多源傳感器微波數(shù)據(jù),消除多源數(shù)據(jù)間的觀測(cè)誤差是構(gòu)建長時(shí)間土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)集的關(guān)鍵一環(huán)。本文利用線性匹配方法,以AMSR-E 3級(jí)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),將SMOS、AMSR2被動(dòng)微波土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一校正到相同時(shí)間,相同觀測(cè)深度。并結(jié)合地面站數(shù)據(jù),重構(gòu)大面積的缺失像素和無效像素,從而確保整個(gè)數(shù)據(jù)集在中國地區(qū)是連續(xù)、完整的。然后利用TVDI與土壤水分負(fù)相關(guān)...
【文章來源】:山東建筑大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】:60 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
論文組織結(jié)構(gòu)
山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文-11-圖2.1研究區(qū)地理位置,Ⅰ東北季風(fēng)區(qū)(NEM)、Ⅱ華北季風(fēng)區(qū)(NCM)、Ⅲ華南季風(fēng)區(qū)(SCM)、Ⅳ西南濕潤區(qū)(SWH)、Ⅴ西北干旱區(qū)(NDW)、Ⅵ青藏高原區(qū)(QPT)2.2數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理2.2.1被動(dòng)微波土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)利用被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)觀測(cè)土壤水分以來,越來越多的土壤水分研究開始基于星載遙感傳感器平臺(tái),本文使用的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)主要是來自AMSR系列日本航空航天局(JXAX)開發(fā)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)土壤水分產(chǎn)品,濕度單位為m3/m3,初始分辨率為25km。其中,先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)-地球觀測(cè)系統(tǒng)(TheAdvancedMicrowaveScanningRadiometer–EarthObservingSystem,AMSR-E)傳感器是一種被動(dòng)式微波遙感儀,是對(duì)原來裝載在ADEOS-II衛(wèi)星的AMSR傳感器的改良,搭載在AQUA衛(wèi)星上(有效服務(wù)期限2002年5月~2011年10月),且軌道是太陽同步近極軌道,軌道高度為約700公里
山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文-15-式中:Yj*是重構(gòu)后的時(shí)間序列數(shù)據(jù);Y是原始時(shí)間序列數(shù)據(jù),Ci是-G濾波器多項(xiàng)式的擬合系數(shù),即來自濾波器頭部的第i個(gè)值的權(quán)重;N是濾波器處理數(shù)據(jù)的長度,即滑窗口中包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù),等于平滑窗口的大小(2m+1);m的大小是平滑窗口大小的一半,N是濾波器所處理數(shù)據(jù)長度,在本文中,我們采用S-G濾波來重建MODISNDVI和地表溫度(LST)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)重建過程中,需要設(shè)置兩個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是m,即平滑窗口的一半寬度。m的值越大,對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的平滑度越高。第二個(gè)參數(shù)是d,它是指定平滑多項(xiàng)式次數(shù)的整數(shù)。較小的d值將產(chǎn)生較平滑的結(jié)果,但可能會(huì)引入較大的偏差;較高的d值將減少濾波器的偏見,并可能“過度擬合”數(shù)據(jù)并產(chǎn)生較大的噪聲[68]。S-G濾波法的流程圖如圖2所示。圖2.2Savitzky-Golay(S-G)濾波法流程圖由于中國區(qū)域高程起伏較大,為了保證結(jié)果精度,在計(jì)算TVDI之前,需要對(duì)地表溫度進(jìn)行地形校正,以降低地形起伏對(duì)地表溫度反演結(jié)果的影響;MODIS地表溫度產(chǎn)品
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]MODIS溫度變化率與AMSR-E土壤水分的關(guān)系的提出與降尺度算法推廣[J]. 王安琪,解超,施建成,宮輝力. 光譜學(xué)與光譜分析. 2013(03)
[2]等面積可伸縮地球網(wǎng)格投影分析與應(yīng)用[J]. 戴立峰,張勝茂. 海洋測(cè)繪. 2012(06)
[3]基于MODIS和AMSR-E遙感數(shù)據(jù)的土壤水分降尺度研究[J]. 曹永攀,晉銳,韓旭軍,李新. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2011(05)
[4]基于MODIS短波紅外光譜特征的土壤含水量反演[J]. 姚云軍,秦其明,趙少華,袁蔚林. 紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2011(01)
[5]MODIS植被指數(shù)時(shí)間序列Savitzky-Golay濾波算法重構(gòu)[J]. 邊金虎,李愛農(nóng),宋孟強(qiáng),馬利群,蔣錦剛. 遙感學(xué)報(bào). 2010(04)
[6]中國新一代極軌氣象衛(wèi)星——風(fēng)云三號(hào)[J]. 楊軍,董超華,盧乃錳,楊忠東,施進(jìn)明,張鵬,劉玉潔,蔡斌. 氣象學(xué)報(bào). 2009(04)
[7]利用主被動(dòng)微波數(shù)據(jù)聯(lián)合反演土壤水分[J]. 趙天杰,張立新,蔣玲梅,陳權(quán),張志玉,張勇攀. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2009(07)
[8]土壤水分基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 張北贏,徐學(xué)選,李貴玉,白曉華. 中國水土保持科學(xué). 2007(02)
[9]區(qū)域土壤水資源評(píng)價(jià)及其研究進(jìn)展[J]. 易秀,李現(xiàn)勇. 水資源保護(hù). 2007(01)
[10]神舟4號(hào)飛船多頻段微波輻射計(jì)及其應(yīng)用[J]. 張升偉,姜景山,王振占,張衛(wèi)國. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2005(01)
博士論文
[1]微波遙感土壤水分時(shí)空擴(kuò)展研究[D]. 姚盼盼.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所) 2018
碩士論文
[1]被動(dòng)微波遙感土壤濕度數(shù)據(jù)降尺度研究[D]. 婁利嬌.中國科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所) 2014
本文編號(hào):2972425
【文章來源】:山東建筑大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】:60 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
論文組織結(jié)構(gòu)
山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文-11-圖2.1研究區(qū)地理位置,Ⅰ東北季風(fēng)區(qū)(NEM)、Ⅱ華北季風(fēng)區(qū)(NCM)、Ⅲ華南季風(fēng)區(qū)(SCM)、Ⅳ西南濕潤區(qū)(SWH)、Ⅴ西北干旱區(qū)(NDW)、Ⅵ青藏高原區(qū)(QPT)2.2數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理2.2.1被動(dòng)微波土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)利用被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)觀測(cè)土壤水分以來,越來越多的土壤水分研究開始基于星載遙感傳感器平臺(tái),本文使用的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)主要是來自AMSR系列日本航空航天局(JXAX)開發(fā)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)土壤水分產(chǎn)品,濕度單位為m3/m3,初始分辨率為25km。其中,先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)-地球觀測(cè)系統(tǒng)(TheAdvancedMicrowaveScanningRadiometer–EarthObservingSystem,AMSR-E)傳感器是一種被動(dòng)式微波遙感儀,是對(duì)原來裝載在ADEOS-II衛(wèi)星的AMSR傳感器的改良,搭載在AQUA衛(wèi)星上(有效服務(wù)期限2002年5月~2011年10月),且軌道是太陽同步近極軌道,軌道高度為約700公里
山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文-15-式中:Yj*是重構(gòu)后的時(shí)間序列數(shù)據(jù);Y是原始時(shí)間序列數(shù)據(jù),Ci是-G濾波器多項(xiàng)式的擬合系數(shù),即來自濾波器頭部的第i個(gè)值的權(quán)重;N是濾波器處理數(shù)據(jù)的長度,即滑窗口中包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù),等于平滑窗口的大小(2m+1);m的大小是平滑窗口大小的一半,N是濾波器所處理數(shù)據(jù)長度,在本文中,我們采用S-G濾波來重建MODISNDVI和地表溫度(LST)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)重建過程中,需要設(shè)置兩個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是m,即平滑窗口的一半寬度。m的值越大,對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的平滑度越高。第二個(gè)參數(shù)是d,它是指定平滑多項(xiàng)式次數(shù)的整數(shù)。較小的d值將產(chǎn)生較平滑的結(jié)果,但可能會(huì)引入較大的偏差;較高的d值將減少濾波器的偏見,并可能“過度擬合”數(shù)據(jù)并產(chǎn)生較大的噪聲[68]。S-G濾波法的流程圖如圖2所示。圖2.2Savitzky-Golay(S-G)濾波法流程圖由于中國區(qū)域高程起伏較大,為了保證結(jié)果精度,在計(jì)算TVDI之前,需要對(duì)地表溫度進(jìn)行地形校正,以降低地形起伏對(duì)地表溫度反演結(jié)果的影響;MODIS地表溫度產(chǎn)品
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]MODIS溫度變化率與AMSR-E土壤水分的關(guān)系的提出與降尺度算法推廣[J]. 王安琪,解超,施建成,宮輝力. 光譜學(xué)與光譜分析. 2013(03)
[2]等面積可伸縮地球網(wǎng)格投影分析與應(yīng)用[J]. 戴立峰,張勝茂. 海洋測(cè)繪. 2012(06)
[3]基于MODIS和AMSR-E遙感數(shù)據(jù)的土壤水分降尺度研究[J]. 曹永攀,晉銳,韓旭軍,李新. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2011(05)
[4]基于MODIS短波紅外光譜特征的土壤含水量反演[J]. 姚云軍,秦其明,趙少華,袁蔚林. 紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2011(01)
[5]MODIS植被指數(shù)時(shí)間序列Savitzky-Golay濾波算法重構(gòu)[J]. 邊金虎,李愛農(nóng),宋孟強(qiáng),馬利群,蔣錦剛. 遙感學(xué)報(bào). 2010(04)
[6]中國新一代極軌氣象衛(wèi)星——風(fēng)云三號(hào)[J]. 楊軍,董超華,盧乃錳,楊忠東,施進(jìn)明,張鵬,劉玉潔,蔡斌. 氣象學(xué)報(bào). 2009(04)
[7]利用主被動(dòng)微波數(shù)據(jù)聯(lián)合反演土壤水分[J]. 趙天杰,張立新,蔣玲梅,陳權(quán),張志玉,張勇攀. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2009(07)
[8]土壤水分基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 張北贏,徐學(xué)選,李貴玉,白曉華. 中國水土保持科學(xué). 2007(02)
[9]區(qū)域土壤水資源評(píng)價(jià)及其研究進(jìn)展[J]. 易秀,李現(xiàn)勇. 水資源保護(hù). 2007(01)
[10]神舟4號(hào)飛船多頻段微波輻射計(jì)及其應(yīng)用[J]. 張升偉,姜景山,王振占,張衛(wèi)國. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2005(01)
博士論文
[1]微波遙感土壤水分時(shí)空擴(kuò)展研究[D]. 姚盼盼.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所) 2018
碩士論文
[1]被動(dòng)微波遙感土壤濕度數(shù)據(jù)降尺度研究[D]. 婁利嬌.中國科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所) 2014
本文編號(hào):2972425
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