基于地基微波辐射计数据评估不同土壤介电模型反演土壤湿度的适用性
发布时间：2021-01-23 13:54
以青藏高原开展的L波段地基微波辐射（ELBARA-Ⅲ型）综合观测试验为依据,基于τ-ω辐射传输模型评估了Wang-Schmugge、Mironov、Dobson和Four-Phase 4种土壤介电模型对L波段微波亮温模拟及土壤湿度反演的影响。结果表明:相同植被和粗糙度参数化方案条件下,4种土壤介电模型对微波亮温模拟存在明显差异,当土壤湿度小于0.23 m3·m-3时,Wang-Schmugge模型与其他3种土壤介电模型微波亮温模拟结果差异最为显著,水平和垂直极化微波亮温模拟最大差值可达8.0 K和4.4 K;当模拟土壤湿度大于0.23 m3·m-3时,Four-phase模型模拟的微波亮温显著高于其他3种土壤介电模型模拟结果;当土壤湿度饱和时,4种土壤介电模型间水平和垂直极化微波亮温模拟最大差值约为6.1 K和4.8 K,且4种土壤介电模型对水平极化微波亮温模拟的差异比垂直极化模拟的差异更为显著。而基于4种介电模型的土壤湿度反演对比试验表明,水平极化条件下基于Wang-Schmugge模型反演土壤湿...
【文章来源】：遥感技术与应用. 2020,35(01)北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
地表被动微波遥感综合观测试验概况
图2(a）和（b）是模拟情形(1)时所获得的介电常数实部和虚部变化特征，结果显示，在土壤极干的条件下Dobson模型模拟的土壤介电常数实部和虚部均小于其他3种模型；当土壤水分达到饱和时Mironov模型模拟的介电常数实部和虚部均大于其他3种土壤介电模型模拟结果。在确定的植被和粗糙度参数化方案条件下，无论哪种介电模型，介电常数的实部和虚部都随土壤湿度增加而迅速增大，且实部变化量较虚部变化更明显。同时，随着土壤湿度的增大各土壤介电模型模拟的介电常数结果出现明显差异，其中，当土壤湿度饱和时（等于0.50 m3·m-3）时Mironov模型和Four-phase模型模拟的实部差值最大为4.9，此时，Mironov和Dobson模型模拟结果的虚部差值最大为2.6。为了进一步分析各土壤介电模型随土壤湿度变化的差异对微波亮温模拟的影响，首先，选取通过“样方法”3次实地测量的LAI平均值（LAI=5.4 m2·m-2）为植被参数化方案输入参数，并在条件(1)的基础上，开展双极化微波亮温的模拟，评估土壤介电模型的差异对微波亮温模拟造成的影响。如图3所示，在相同土壤湿度条件下，不同的土壤介电模型条件下模拟的微波亮温结果存在明显差异，当土壤湿度介于0.03～0.23 m3·m-3时，WangSchmugge模型的微波亮温均大于其他3种模型的模拟值，针对Dobson模型在土壤湿度分别为0.13 m3·m-3和0.14 m3·m-3时，该模型模拟的水平和垂直极化微波亮温与Wang-Schmugge模型模拟结果差值为8.0 K和4.4 K。当土壤湿度大于0.23 m3·m-3但未饱和时，基于Four-phase模型模拟微波亮温明显大于其他3种模型，而Mironov模型模拟微波亮温小于其他3种模型。Four-phase模型和Mironov模型的模拟差异在土壤湿度饱和时达到最大，其中水平极化、垂直极化最大差值分别为6.1 K和4.8 K。因此，在青藏高原草地下垫面条件下，不同土壤介电模型所模拟的微波亮温存在显著差异，而水平极化微波亮温模拟较垂直极化对土壤介电模型间差异的响应更为明显。
温度也是影响土壤介电常数的主要因素。图4(a）和（b）是对应模拟情形(2)获取的土壤介电常数实部与虚部的变化特征。4种介电模型模型的实部和虚部变化趋势基本一致，其中，Mironov模型的实部和虚部受温度变化影响较其他3种介电模型更小。当温度为298.0 K时，Wang-Schmugge模型和Mironov模型实部差异达到最大值为1.3，而虚部最大差异则出现在Mironov模型与Dobson模型间，其差值为0.9。依据土壤湿度和温度分别对土壤介电常数影响的分析结果表明，土壤湿度变化对介电常数的影响远大于土壤温度变化，因此，由土壤温度引起土壤介电常数模型间的差异而造成微波亮温模拟的差异在本研究中不涉及讨论。4.2 观测微波亮温与模拟微波亮温比较
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻结土壤介电常数混合模型机理研究[J]. 靳潇,杨文,赵剑琦. 冰川冻土. 2018(03)
[2]微波波段土壤的介电常数模型研究进展[J]. 刘军,赵少杰,蒋玲梅,柴琳娜,张涛. 遥感信息. 2015(01)
[3]若尔盖湿地退化过程中土壤水源涵养功能μ[J]. 熊远清,吴鹏飞,张洪芝,崔丽巍,何先进. 生态学报. 2011(19)
[4]黄河源区陆面过程观测和模拟研究进展[J]. 文军,蓝永超,苏中波,田辉,史小康,张宇,王欣,刘蓉,张堂堂,康悦,吕少宁,张静辉. 地球科学进展. 2011(06)
[5]AMSR-E卫星亮度温度数据在高原东北部土壤湿度观测和模拟中的应用[J]. 史小康,文军,王磊,田辉,张堂堂. 高原气象. 2010(03)
[6]利用TRMM/TMI资料反演青藏高原中部土壤湿度[J]. 赵逸舟,马耀明,黄镇,袁铁,胡晓,李英,马伟强. 高原气象. 2007(05)
博士论文
[1]基于C和L波段主被动微波遥感的土壤水分协同反演研究[D]. 孙亚勇.中国水利水电科学研究院 2018
[2]人工扰动对玛曲高寒沙化草地植物多样性和生产力的影响[D]. 陈子萱.甘肃农业大学 2008
本文编号：2995336
【文章来源】：遥感技术与应用. 2020,35(01)北大核心
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
地表被动微波遥感综合观测试验概况
图2(a）和（b）是模拟情形(1)时所获得的介电常数实部和虚部变化特征，结果显示，在土壤极干的条件下Dobson模型模拟的土壤介电常数实部和虚部均小于其他3种模型；当土壤水分达到饱和时Mironov模型模拟的介电常数实部和虚部均大于其他3种土壤介电模型模拟结果。在确定的植被和粗糙度参数化方案条件下，无论哪种介电模型，介电常数的实部和虚部都随土壤湿度增加而迅速增大，且实部变化量较虚部变化更明显。同时，随着土壤湿度的增大各土壤介电模型模拟的介电常数结果出现明显差异，其中，当土壤湿度饱和时（等于0.50 m3·m-3）时Mironov模型和Four-phase模型模拟的实部差值最大为4.9，此时，Mironov和Dobson模型模拟结果的虚部差值最大为2.6。为了进一步分析各土壤介电模型随土壤湿度变化的差异对微波亮温模拟的影响，首先，选取通过“样方法”3次实地测量的LAI平均值（LAI=5.4 m2·m-2）为植被参数化方案输入参数，并在条件(1)的基础上，开展双极化微波亮温的模拟，评估土壤介电模型的差异对微波亮温模拟造成的影响。如图3所示，在相同土壤湿度条件下，不同的土壤介电模型条件下模拟的微波亮温结果存在明显差异，当土壤湿度介于0.03～0.23 m3·m-3时，WangSchmugge模型的微波亮温均大于其他3种模型的模拟值，针对Dobson模型在土壤湿度分别为0.13 m3·m-3和0.14 m3·m-3时，该模型模拟的水平和垂直极化微波亮温与Wang-Schmugge模型模拟结果差值为8.0 K和4.4 K。当土壤湿度大于0.23 m3·m-3但未饱和时，基于Four-phase模型模拟微波亮温明显大于其他3种模型，而Mironov模型模拟微波亮温小于其他3种模型。Four-phase模型和Mironov模型的模拟差异在土壤湿度饱和时达到最大，其中水平极化、垂直极化最大差值分别为6.1 K和4.8 K。因此，在青藏高原草地下垫面条件下，不同土壤介电模型所模拟的微波亮温存在显著差异，而水平极化微波亮温模拟较垂直极化对土壤介电模型间差异的响应更为明显。
温度也是影响土壤介电常数的主要因素。图4(a）和（b）是对应模拟情形(2)获取的土壤介电常数实部与虚部的变化特征。4种介电模型模型的实部和虚部变化趋势基本一致，其中，Mironov模型的实部和虚部受温度变化影响较其他3种介电模型更小。当温度为298.0 K时，Wang-Schmugge模型和Mironov模型实部差异达到最大值为1.3，而虚部最大差异则出现在Mironov模型与Dobson模型间，其差值为0.9。依据土壤湿度和温度分别对土壤介电常数影响的分析结果表明，土壤湿度变化对介电常数的影响远大于土壤温度变化，因此，由土壤温度引起土壤介电常数模型间的差异而造成微波亮温模拟的差异在本研究中不涉及讨论。4.2 观测微波亮温与模拟微波亮温比较
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻结土壤介电常数混合模型机理研究[J]. 靳潇,杨文,赵剑琦. 冰川冻土. 2018(03)
[2]微波波段土壤的介电常数模型研究进展[J]. 刘军,赵少杰,蒋玲梅,柴琳娜,张涛. 遥感信息. 2015(01)
[3]若尔盖湿地退化过程中土壤水源涵养功能μ[J]. 熊远清,吴鹏飞,张洪芝,崔丽巍,何先进. 生态学报. 2011(19)
[4]黄河源区陆面过程观测和模拟研究进展[J]. 文军,蓝永超,苏中波,田辉,史小康,张宇,王欣,刘蓉,张堂堂,康悦,吕少宁,张静辉. 地球科学进展. 2011(06)
[5]AMSR-E卫星亮度温度数据在高原东北部土壤湿度观测和模拟中的应用[J]. 史小康,文军,王磊,田辉,张堂堂. 高原气象. 2010(03)
[6]利用TRMM/TMI资料反演青藏高原中部土壤湿度[J]. 赵逸舟,马耀明,黄镇,袁铁,胡晓,李英,马伟强. 高原气象. 2007(05)
博士论文
[1]基于C和L波段主被动微波遥感的土壤水分协同反演研究[D]. 孙亚勇.中国水利水电科学研究院 2018
[2]人工扰动对玛曲高寒沙化草地植物多样性和生产力的影响[D]. 陈子萱.甘肃农业大学 2008
本文编号：2995336
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