裸露地表微波热采样深度统计模型
发布时间：2021-09-06 11:25
被动微波遥感反演土壤水分对应的土壤深度是土壤水分产品真实性检验和应用中必须确定的问题。本研究利用理论模型对影响土壤热采样深度的参数进行了分析。在此基础上,通过回归分析的方法发展了一个估算被动微波遥感土壤热采样深度的统计模型,并通过微波辐射测量实验对模型进行了验证。研究证明,理论模型模拟裸露地表发射率平均误差为0.032,基于理论模型发展的热采样深度统计模型的误差在0.5 cm左右。该统计模型可以通过土壤含水量、温度、质地和观测频率4个较容易获取的参数计算土壤微波辐射的热采样深度,为被动微波遥感土壤水分产品的真实性检验工作中地面土壤水分测量以及土壤水分遥感产品的应用提供参考。
【文章来源】：遥感学报. 2020,24(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
3层介质微波辐射传输过程
验证时，将0—5 cm土壤层的温度和水分的平均值作为理论模型的输入，模拟得到各频率双极化多入射角度条件下的发射率与辐射计实测值进行比较（图1）。表1列出了各通道发射率的观测值与模拟值的均方根误差，各通道发射率的平均模拟误差为0.032。对比结果表明本研究采用的理论模型比较可靠，能够满足模拟研究的需要。3 统计模型的发展
图3—图6分别显示了土壤水分、土壤质地、土壤温度和观测频率4个因素对热采样深度的影响。从图3中可以看出，热采样深度随土壤体积含水量的增大而减小。这是因为在其他参数不变的条件下，土壤水分含量增加会增大土壤介电常数（Hallikainen等，1985），从而使土壤对电磁波的衰减作用变强。因此，随着土壤体积含水量的增加热采样深度就会越来越小。以10.65 GHz的变化曲线为例，当土壤水分从0.04 cm3/cm3增加到0.44 cm3/cm3时，热采样深度从12.15 cm降低到0.61 cm。频率越低，热采样深度降低的幅度越明显。图4显示了观测频率为10.65 GHz时，土壤质地（用土壤的比表面积表示）对热采样深度的影响。热采样深度随着土壤比表面积的增大有增大趋势。一般来说，水分在土壤中主要以束缚水和自由水两种形式存在。束缚水是指由于土壤的吸附力而保持在土壤颗粒周围的水分。根据水分距离土壤颗粒的远近不同，所受的吸附力大小不同。越靠近土壤颗粒表面，受到的吸附力越强。吸附力的存在使束缚水分子与入射电磁波相互作用方式与自由水分子有很大不同，从而导致束缚水和自由水介电特性的差异。在其他参数不变的条件下，土壤比表面积的不同，则土壤中束缚水和自由水的比例不同。土壤比表面积越大，土壤对水的吸附能力越强，从而有更多的自由水成为束缚水，土壤的介电常数变小（Hallikainen等，1985），对电磁波的衰减作用随之减弱。因此随着土壤比表面积的增大，热采样深度有变大的趋势（图4）。由于土壤颗粒组成计算的比表面积是离散化的，导致了热采样深度随着比表面积的变化曲线呈现了锯齿状的特征。从模拟数据可以看到，虽然土壤比表面积与热采样深度之间并非单调变化关系，但土壤质地对热采样深度的影响较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]根河地区冻融监测和降尺度算法的验证分析[J]. 王健,蒋玲梅,寇晓康,崔慧珍,杨建卫. 遥感学报. 2019(06)
[2]车载多频率微波辐射计与观测数据应用[J]. 张涛,赵少杰,张立新,张钟军,蒋玲梅,柴琳娜. 遥感技术与应用. 2015(05)
[3]棉花和大豆等效散射反照率估算[J]. 柴琳娜,张立新,施建成,吴凤敏. 遥感学报. 2013(01)
本文编号：3387372
【文章来源】：遥感学报. 2020,24(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
3层介质微波辐射传输过程
验证时，将0—5 cm土壤层的温度和水分的平均值作为理论模型的输入，模拟得到各频率双极化多入射角度条件下的发射率与辐射计实测值进行比较（图1）。表1列出了各通道发射率的观测值与模拟值的均方根误差，各通道发射率的平均模拟误差为0.032。对比结果表明本研究采用的理论模型比较可靠，能够满足模拟研究的需要。3 统计模型的发展
图3—图6分别显示了土壤水分、土壤质地、土壤温度和观测频率4个因素对热采样深度的影响。从图3中可以看出，热采样深度随土壤体积含水量的增大而减小。这是因为在其他参数不变的条件下，土壤水分含量增加会增大土壤介电常数（Hallikainen等，1985），从而使土壤对电磁波的衰减作用变强。因此，随着土壤体积含水量的增加热采样深度就会越来越小。以10.65 GHz的变化曲线为例，当土壤水分从0.04 cm3/cm3增加到0.44 cm3/cm3时，热采样深度从12.15 cm降低到0.61 cm。频率越低，热采样深度降低的幅度越明显。图4显示了观测频率为10.65 GHz时，土壤质地（用土壤的比表面积表示）对热采样深度的影响。热采样深度随着土壤比表面积的增大有增大趋势。一般来说，水分在土壤中主要以束缚水和自由水两种形式存在。束缚水是指由于土壤的吸附力而保持在土壤颗粒周围的水分。根据水分距离土壤颗粒的远近不同，所受的吸附力大小不同。越靠近土壤颗粒表面，受到的吸附力越强。吸附力的存在使束缚水分子与入射电磁波相互作用方式与自由水分子有很大不同，从而导致束缚水和自由水介电特性的差异。在其他参数不变的条件下，土壤比表面积的不同，则土壤中束缚水和自由水的比例不同。土壤比表面积越大，土壤对水的吸附能力越强，从而有更多的自由水成为束缚水，土壤的介电常数变小（Hallikainen等，1985），对电磁波的衰减作用随之减弱。因此随着土壤比表面积的增大，热采样深度有变大的趋势（图4）。由于土壤颗粒组成计算的比表面积是离散化的，导致了热采样深度随着比表面积的变化曲线呈现了锯齿状的特征。从模拟数据可以看到，虽然土壤比表面积与热采样深度之间并非单调变化关系，但土壤质地对热采样深度的影响较小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]根河地区冻融监测和降尺度算法的验证分析[J]. 王健,蒋玲梅,寇晓康,崔慧珍,杨建卫. 遥感学报. 2019(06)
[2]车载多频率微波辐射计与观测数据应用[J]. 张涛,赵少杰,张立新,张钟军,蒋玲梅,柴琳娜. 遥感技术与应用. 2015(05)
[3]棉花和大豆等效散射反照率估算[J]. 柴琳娜,张立新,施建成,吴凤敏. 遥感学报. 2013(01)
本文编号：3387372
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