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東北地理所在土壤水分微波遙感估算研究方面取得重要進展

文章來源:東北地理與農業生態研究所    |    發布時間:2020-09-11    |    【放大】 【縮小】  |  【打印】 【關閉

  地表土壤水分是地球水資源的重要組成部分,它是控制地表與大氣界面能量和水分交換的重要邊界條件,也是地表蒸散的關鍵影響因子,對地表水循環、能量循環、生態環境和農業應用都具有重要意義。

  地表土壤水分的獲取方法包括地面觀測、遙感反演和數據同化。微波遙感可以穿云透霧,能夠全天候全天時工作,被認為是全球或區域尺度獲取土壤水分時空變化的最佳方式。但現有微波遙感土壤水分估算方法需要大量的輔助參數,包括地表溫度、植被含水量、土壤質地、土壤表面粗糙度、植被散射性質等。被動微波數據的粗空間分辨率進一步增加了獲取這些輔助參數的難度以及不確定性。東北地理所微波遙感團隊評價了現有被動微波遙感土壤水分產品的精度與不確定性來源,在此基礎上開發了一種基于變化探測原理的土壤水分估算方法,根據植被指數與地表發射率之間的三角空間關系,提出了一種基于植被指數估算像元發射率變化范圍的經驗方法。該方法只需要提供地表溫度和NDVI兩個輔助參數,其估算的土壤水分與SMAP土壤水分具有極高的相關性和一致性(圖1),與地面實測數據的對比結果也證實了該方法的可行性(圖2)。

  該研究算法的提出簡化了土壤水分估算的復雜度,降低了對輔助參數的依賴性(圖3)。研究結果有利于土壤水分的全球制圖,對于提高土壤水分估算精度十分重要。

圖1 本研究估算土壤水分與SMAP L3土壤水分產品對比結果。(a)V極化, (b) H極化,(c)H和V極化

圖2 本研究估算土壤水分與野外實測土壤水分的對比結果。(a) SMAP L3 產品,(b) H極化,(c) V極化, (d) H和V極化

圖3 本研究估算土壤水分對輸入參數的誤差依賴性,"+"號表示日降水超過10毫米。

  該研究系列成果發表在Remote Sensing和IEEE JSTARS國際期刊上,鄭興明副研究員為第一作者,李曉峰研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基金(41971323, 41771400)資助。論文信息和鏈接如下:

  (1)Zheng, X., Feng, Z., Xu, H., Sun, Y., Li, L., Li, B., Jiang, T., Li, X., and Li, X.* A New Soil Moisture Retrieval Algorithm from the L-Band Passive Microwave Brightness Temperature Based on the Change Detection Principle. Remote Sensing, 2020, 12, 1303. https://www.mdpi.com/2072-4292/12/8/1303/htm

  (2)Zheng, X. Feng, Z., Xu, H., Yu B., Li B., Li, L., Zhao, X., Zhang, R., Jiang, T., Li, X., and Li, X.* Performance of Four Passive Microwave Soil Moisture Products in Maize Cultivation Areas of Northeast China. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol. 13, pp. 2451-2460, 2020.https://ieeexplore.ieee.org/document/9096583

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