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微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的原理和方法選取
來(lái)源： 類別：技術(shù)文章 更新時(shí)間：2013-01-15 閱讀次
土壤濕度是作物生長(zhǎng)發(fā)育的基本條件和作物產(chǎn)量預(yù)報(bào)的重要參數(shù)。同時(shí)，它也是水文學(xué)、氣象學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域的重要環(huán)境因子和過(guò)程參數(shù)，因此對(duì)于土壤濕度的研究具有重要意義。目前，在眾多的遙感土壤濕度監(jiān)測(cè)方法中，除了應(yīng)用已經(jīng)比較成熟的土壤溫濕度記錄儀等檢測(cè)儀器外，利用微波監(jiān)測(cè)土壤濕度是研究的重點(diǎn)。因?yàn)槲⒉▽?duì)云層有較強(qiáng)的穿透能力，不受光照條件限制，能夠全天候工作，且長(zhǎng)波段微波能夠穿透植被并對(duì)土壤具有一定的穿透能力，與土壤濕度和介電常數(shù)密切相關(guān)，這些特點(diǎn)使得微波遙感在土壤濕度監(jiān)測(cè)中具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，在該領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位。
微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的基本原理
微波遙感就是利用傳感器接收地面各地物發(fā)射或反射的微波信號(hào)，提取和分析有用信息。在土壤濕度遙感監(jiān)測(cè)中微波對(duì)水分反應(yīng)敏感，使其成為對(duì)土壤含水量遙感監(jiān)測(cè)非常有效的一種手段。利用微波遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)土壤濕度包含兩種方式：被動(dòng)微波遙感法和主動(dòng)微波遙感法。探測(cè)原理都根據(jù)水、土的介電常數(shù)差異顯著。被動(dòng)和主動(dòng)兩種方法的不同點(diǎn)在于它們手段的特點(diǎn)和它們對(duì)目標(biāo)特征傳感器不同。被動(dòng)式的傳感器依靠接收地面物體自身輻射的微波，如微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)等，通過(guò)測(cè)量土壤亮溫來(lái)估測(cè)土壤濕度，土壤亮溫由土壤介電常數(shù)和土壤溫度決定，介電常數(shù)又和溫度與土壤濕度有關(guān)，因此可以通過(guò)土壤亮溫反演土壤濕度；主動(dòng)式由傳感器發(fā)射微波波束再接收由地面物體反射或散射回來(lái)的回波，如側(cè)視雷達(dá)，它測(cè)量土壤的后向散射系數(shù)，土壤后向散射系數(shù)主要由介電常數(shù)和土壤粗糙度決定，介電常數(shù)由土壤濕度決定，因此可以利用雷達(dá)較好地反演土壤濕度。
微波遙感土壤濕度監(jiān)測(cè)方法的選取
在對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行土壤濕度微波遙感監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，要選取合適的微波輻射或散射模型，這需要對(duì)實(shí)地具體情況進(jìn)行一定程度的了解，才可能獲得精度較高的結(jié)果，如是否裸露地，若不是，植被的種類、特點(diǎn)等信息。在對(duì)主、被動(dòng)的比較中，總體來(lái)講，主動(dòng)微波法已經(jīng)成為監(jiān)測(cè)土壤濕度的主要途徑，具有更大的潛力，尤其是較小范圍的區(qū)域，應(yīng)用雷達(dá)監(jiān)測(cè)已經(jīng)變得越來(lái)越廣泛。那么，除選取合適的散射模型作為計(jì)算方法外，雷達(dá)自身的一些參數(shù)也至關(guān)重要，依據(jù)土壤的粗糙度和植被灌層結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)選取最佳的入射角度和極化方式來(lái)反演土壤濕度。也可結(jié)合土壤模型和介電常數(shù)模型等更準(zhǔn)確的表達(dá)土壤信息。
微波遙感土壤濕度反演已有30年的歷史，已經(jīng)能夠成功運(yùn)用到土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去，協(xié)助土壤墑情的監(jiān)測(cè)工作，目前該反演方法仍是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的研究和應(yīng)用已有較為成熟的技術(shù)和模型。被動(dòng)微波遙感影像的空間分辨率相對(duì)較低，適用于研究大范圍區(qū)域，但要實(shí)現(xiàn)實(shí)用的全球化土壤濕度反演還有一段距離，而且植被和地表粗糙度對(duì)土壤濕度反演的影響仍未得到根本解決，需要繼續(xù)深入研究。近些年來(lái)，隨著星載被動(dòng)微波遙感的研究和快速發(fā)展，被動(dòng)微波土壤濕度反演正迅速向高時(shí)空分辨率的全球化邁進(jìn)。
主動(dòng)微波土壤濕度反演相對(duì)于被動(dòng)微波土壤濕度反演來(lái)說(shuō)仍然處于起步階段，主動(dòng)微波遙感的信號(hào)強(qiáng)，影像的空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的不足，很快就成為監(jiān)測(cè)土壤濕度多種方法中的主力軍。然而，它受到地表粗糙度和植被的影響更大，為了克服這一缺陷，專家學(xué)者們對(duì)雷達(dá)土壤濕度的模型和參數(shù)做了許多研究，取得了一定的成果。目前成像雷達(dá)系統(tǒng)正向著多波段，多極化、多模式，全極化、干涉測(cè)量、多參數(shù)全極化干涉的方向發(fā)展，主動(dòng)微波遙感土壤濕度的研究將受到更廣泛的重視。
航天、航空事業(yè)的發(fā)展為微波遙感帶來(lái)更多更好的支持平臺(tái)，微波遙感獲取地表信息的能力越來(lái)越強(qiáng)，獲取的信息越來(lái)越多，越來(lái)越全面。同時(shí)數(shù)據(jù)處理方法和手段也日趨完善，這都使得微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度具有越來(lái)越寬廣的應(yīng)用前景。
微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的基本原理
微波遙感就是利用傳感器接收地面各地物發(fā)射或反射的微波信號(hào)，提取和分析有用信息。在土壤濕度遙感監(jiān)測(cè)中微波對(duì)水分反應(yīng)敏感，使其成為對(duì)土壤含水量遙感監(jiān)測(cè)非常有效的一種手段。利用微波遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)土壤濕度包含兩種方式：被動(dòng)微波遙感法和主動(dòng)微波遙感法。探測(cè)原理都根據(jù)水、土的介電常數(shù)差異顯著。被動(dòng)和主動(dòng)兩種方法的不同點(diǎn)在于它們手段的特點(diǎn)和它們對(duì)目標(biāo)特征傳感器不同。被動(dòng)式的傳感器依靠接收地面物體自身輻射的微波，如微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)等，通過(guò)測(cè)量土壤亮溫來(lái)估測(cè)土壤濕度，土壤亮溫由土壤介電常數(shù)和土壤溫度決定，介電常數(shù)又和溫度與土壤濕度有關(guān)，因此可以通過(guò)土壤亮溫反演土壤濕度；主動(dòng)式由傳感器發(fā)射微波波束再接收由地面物體反射或散射回來(lái)的回波，如側(cè)視雷達(dá)，它測(cè)量土壤的后向散射系數(shù)，土壤后向散射系數(shù)主要由介電常數(shù)和土壤粗糙度決定，介電常數(shù)由土壤濕度決定，因此可以利用雷達(dá)較好地反演土壤濕度。
微波遙感土壤濕度監(jiān)測(cè)方法的選取
在對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行土壤濕度微波遙感監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，要選取合適的微波輻射或散射模型，這需要對(duì)實(shí)地具體情況進(jìn)行一定程度的了解，才可能獲得精度較高的結(jié)果，如是否裸露地，若不是，植被的種類、特點(diǎn)等信息。在對(duì)主、被動(dòng)的比較中，總體來(lái)講，主動(dòng)微波法已經(jīng)成為監(jiān)測(cè)土壤濕度的主要途徑，具有更大的潛力，尤其是較小范圍的區(qū)域，應(yīng)用雷達(dá)監(jiān)測(cè)已經(jīng)變得越來(lái)越廣泛。那么，除選取合適的散射模型作為計(jì)算方法外，雷達(dá)自身的一些參數(shù)也至關(guān)重要，依據(jù)土壤的粗糙度和植被灌層結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)選取最佳的入射角度和極化方式來(lái)反演土壤濕度。也可結(jié)合土壤模型和介電常數(shù)模型等更準(zhǔn)確的表達(dá)土壤信息。
微波遙感土壤濕度反演已有30年的歷史，已經(jīng)能夠成功運(yùn)用到土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去，協(xié)助土壤墑情的監(jiān)測(cè)工作，目前該反演方法仍是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的研究和應(yīng)用已有較為成熟的技術(shù)和模型。被動(dòng)微波遙感影像的空間分辨率相對(duì)較低，適用于研究大范圍區(qū)域，但要實(shí)現(xiàn)實(shí)用的全球化土壤濕度反演還有一段距離，而且植被和地表粗糙度對(duì)土壤濕度反演的影響仍未得到根本解決，需要繼續(xù)深入研究。近些年來(lái)，隨著星載被動(dòng)微波遙感的研究和快速發(fā)展，被動(dòng)微波土壤濕度反演正迅速向高時(shí)空分辨率的全球化邁進(jìn)。
主動(dòng)微波土壤濕度反演相對(duì)于被動(dòng)微波土壤濕度反演來(lái)說(shuō)仍然處于起步階段，主動(dòng)微波遙感的信號(hào)強(qiáng)，影像的空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了被動(dòng)微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度的不足，很快就成為監(jiān)測(cè)土壤濕度多種方法中的主力軍。然而，它受到地表粗糙度和植被的影響更大，為了克服這一缺陷，專家學(xué)者們對(duì)雷達(dá)土壤濕度的模型和參數(shù)做了許多研究，取得了一定的成果。目前成像雷達(dá)系統(tǒng)正向著多波段，多極化、多模式，全極化、干涉測(cè)量、多參數(shù)全極化干涉的方向發(fā)展，主動(dòng)微波遙感土壤濕度的研究將受到更廣泛的重視。
航天、航空事業(yè)的發(fā)展為微波遙感帶來(lái)更多更好的支持平臺(tái)，微波遙感獲取地表信息的能力越來(lái)越強(qiáng)，獲取的信息越來(lái)越多，越來(lái)越全面。同時(shí)數(shù)據(jù)處理方法和手段也日趨完善，這都使得微波遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度具有越來(lái)越寬廣的應(yīng)用前景。
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