收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地面实验条件下土壤热红外光谱特性研究

黄启厅  
【摘要】: 土壤温度和土壤水分在农业、水文、气象等领域扮演着十分重要的角色,对人类的生存和发展产生重大影响。及时、动态地掌握土壤温度和水分的数量特征和空间分布状况具有极其重大的意义。遥感技术具有快速、覆盖面积大和能够重复观测的特点,已经成为对地监测的重要手段,尤其是热红外遥感本身具有的对温度和水分变化敏感的特性,使其在土壤温度和水分监测中具有独特优势。 目前热红外遥感反演土壤水分的方法主要有热惯量法和温度植被指数法,这两种方法都需要以土壤温度作为已知的输入参数。这样,土壤水分的反演问题就转化为土壤温度的反演。由于热红外传感器所接收到的热辐射信号是地表温度和发射率的函数,因此发射率的准确求取是决定土壤温度反演精度的关键因素。然而土壤发射率具有不确定性,受土壤粒径、含水量和含沙量等因素的影响,需要对这些因素与土壤发射率的关系进行系统地研究。 本文以揭示土壤特性与其发射率之间的规律为中心,基于模拟的土壤热红外高光谱数据,分析了光谱获取当中外界因素的影响大小,并利用地面实测的土壤发射率,借助多种数学方法对土壤的发射率光谱特征进行分析,建立了多组土壤特性的预测模型,实现了部分土壤特性的预测。在此基础上模拟ASTER和MODIS两个传感器的热红外通道数据,对土壤含沙量和含水量进行预测估算,评价了这两个传感器在直接利用通道发射率反演土壤特性的潜力。 本文采用ISSTES算法实现了土壤温度和发射率的分离。分析发现,采用Bower定义的平滑度指数和7.9983-8.4139μm作为反演波段,算法的分离效果最佳,发射率分离精度可优于0.001。基于模拟数据计算表明,测量过程中大气下行辐射变化引起的发射率计算误差远远大于仪器噪声和样品温度导致的误差。针对实测发射率数据噪声大的特点,对5点移动平均(MA)、SAVITZKY GOLAY(S-Golay)平滑、小波变换去噪(WD)三种方法进行去噪效果的比较,结果显示小波去噪的效果最好。 通过比较沙子、水稻土、红壤和黑土的发射光谱,发现不同类型土壤在热红外谱域具有独特的光谱特征;而粒径变化对土壤发射光谱的影响规律相似,即发射率先随着土壤粒径的增大而上升,到了某一粒级发射率便开始下降;土壤发射率与其含沙量和含水量分别成反比和正比关系,但各个区间的变化幅度不一样:对于含沙量8-9.5μm区间的变化明显,11-13μm区间的发射光谱基本保持不变;对于含水量9.5-12μm区间表现明显,而在热红外窗口的两端附近,发射率曲线出现重叠交叉,随水分变化不明显。对不同有机质含量的黑土发射光谱进行分析,发现黑土由于有机质含量较高,其发射率也较高,平均发射率在0.93-0.98之间,发射光谱表现凌乱,随有机质含量差异的变化没有规律性。相关分析表明,发射率各波段和有机质含量之间相关性微弱,相关系数最高不超过0.14,初步研究表明两者的线性关系不显著,但此结论还需要进一步深入的研究。 将经过小波滤噪后的土壤发射光谱进行对数倒数、一阶微分、基线校正、归一化、多次散射纠正和原始光谱不变换等六种不同预处理,分别利用偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)方法对土壤含沙量和含水量进行建模预测,结果显示,PLSR模型从总体上优于PCR模型。对于土壤含沙量的预测而言,认为在PLSR模型下,一阶微分处理的预测效果最好;对于土壤含水量的预测而言,基线校正的PLSR模型的建模预测效果最好。在此基础上,基于实测土壤发射率模拟了ASTER和MODIS的热红外通道发射率及其波段比值,并对土壤的含沙量和含水量进行预测,结果表明,两个传感器的热红外通道数据与土壤含沙量和含水量均表现出良好的线性关系,总体上ASTER热红外通道数据比MODIS具有更好的反演效果;就通道发射率和波段比值两种光谱变量而言,ASTER通道发射率比波段比值的反演效果要好,而MODIS则刚好相反,波段比值的效果要优于通道发射率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨金凤;郑秀清;孙明;;地表覆盖对季节性冻融土壤温度影响研究[J];太原理工大学学报;2006年03期
2 高艳红;程国栋;尚伦宇;刘伟;;耦合冻土方案的大气模式对祁连山区春季土壤状况的模拟[J];冰川冻土;2007年01期
3 丁海兵;马涛;;蔬菜大棚利用太阳能地下蓄热实践分析[J];太阳能;2008年09期
4 刘珑;刘振峰;孙帅;王殿生;;微波加热土壤特性及其影响因素实验研究[J];科学技术与工程;2009年23期
5 王晓兵;陈燕萍;许宇翔;牛海清;;基于长期监测的广州地区土壤温度推荐值[J];广东电力;2011年06期
6 刘艳伟;朱仲元;赵洪光;赵晓萍;;土壤水热耦合通用模拟软件简介[J];人民黄河;2011年08期
7 刘炳成;刘伟;李庆领;;温度效应对非饱和土壤中湿分迁移影响的实验[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年04期
8 孙文倩;孙颖;;地下冷库围护结构的设计研究[J];冷藏技术;2009年04期
9 ;四大写字楼常用节能技术[J];安家;2005年08期
10 徐笑然;袁涛;;应用于土壤温度测量的无线传感器节点设计[J];自动化仪表;2006年05期
11 勾影波;苏永春;;土壤温度和含水量对螨类和弹尾类动物数量的影响[J];常熟理工学院学报;2007年02期
12 杜琦;;不同地表条件下土壤冻结、融化规律分析[J];地下水;2009年04期
13 王增红;李援农;朱崇辉;申太祥;;膜缝沟灌对夏玉米生态环境及生长发育的影响[J];人民黄河;2009年11期
14 高亚南;李永安;;间歇运行时地道内空气温度的变化规律[J];制冷与空调(四川);2009年05期
15 魏文秋,陈秀万;气象卫星监测土壤含水量模型及其应用[J];武汉大学学报(工学版);1993年06期
16 董志勇,钱炳法;棉田秸秆覆盖试验研究[J];浙江工业大学学报;2003年01期
17 赵利君,王艳荣,赵利清,孙卫国;土壤环境质量在草原放牧退化过程中的变化研究[J];内蒙古科技与经济;2005年14期
18 侯晓侠,代汝平;商用土壤源热泵设计模型的实用对比[J];制冷与空调;2005年05期
19 李进;;直埋蒸汽管道复合保温技术浅析[J];邮电设计技术;2006年11期
20 苏春田;单海平;唐健生;夏日元;关碧珠;邓志勇;龙强;;湘西洛塔不同深度土壤CO_2浓度变化研究[J];河南农业科学;2007年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 丁张巍;温之平;黎伟标;简茂球;颜昭潮;李伟权;;广东龙门地区草地下垫面地表辐射和能量平衡观测和分析[A];第八届博士生学术年会论文摘要集[C];2010年
2 柳媛普;李耀辉;王胜;刘宏谊;张良;;河西走廊中段干旱荒漠区土壤水热状况初步分析[A];第27届中国气象学会年会干旱半干旱区地气相互作用分会场论文集[C];2010年
3 赵逸舟;马耀明;马伟强;李茂善;孙方林;王磊;向鸣;;藏北高原土壤温湿变化特征分析[A];第七届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会论文集[C];2010年
4 单新建;马瑾;;利用热红外遥感研究断层现今活动[A];中国地震学会第八次学术大会论文摘要集[C];2000年
5 唐玲;许丽生;丁继烈;刘志红;邓小波;;热红外遥感陆面温度的现状和发展[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年
6 杨金香;;热红外遥感技术在地热资源调查中应用研究[A];中国煤炭学会矿井地质专业委员会2008年学术论坛文集[C];2008年
7 顾磊;黄丽;;基于Landsat5 TM数据的地下煤火区地表温度反演[A];中国地理学会百年庆典学术论文摘要集[C];2009年
8 马春梅;邸伟;赵泽松;宋秋来;刁晓林;曾祥亮;龚振平;;东北地区不同耕作方式下土壤温度的动态变化[A];中国农作制度研究进展2008[C];2008年
9 岳艳霞;高志球;王琳琳;范俊红;;土壤水分的垂直运动对那曲地区土壤热状况的影响[A];第28届中国气象学会年会——S6冰冻圈与极地气象学[C];2011年
10 王树林;林永增;王志忠;李智锋;;液体地膜对棉花苗期土壤温度与水分的影响[A];中国棉花学会2007年年会论文汇编[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴文渊;从热红外遥感获取断裂相关信息的分析方法研究[D];浙江大学;2011年
2 闫柏琨;热红外遥感岩矿波谱机理及信息提取技术方法研究[D];中国地质大学(北京);2006年
3 范爱武;资源-环境-植物系统中热物理问题的理论与实验研究[D];华中科技大学;2004年
4 于立娟;人参设施生产中温度环境的研究[D];吉林大学;2008年
5 李洪建;不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究[D];山西大学;2008年
6 王乾;川西亚高山森林生态系统辐射传输研究[D];中国科学院研究生院(成都生物研究所);2006年
7 杨金艳;东北天然次生林生态系统地下碳动态研究[D];东北林业大学;2005年
8 易志刚;珠江三角洲典型陆地生态系统挥发性有机硫化合物地气交换通量研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2006年
9 陈亚华;重金属污染土壤的诱导性植物提取研究[D];南京农业大学;2006年
10 周丽敏;黄土高原双垄覆膜和地槽集水技术对土壤水温、土壤养分及作物产量的影响[D];兰州大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄启厅;地面实验条件下土壤热红外光谱特性研究[D];浙江大学;2010年
2 姚宝林;河西内陆河灌区覆盖免耕储水灌溉节水技术初步研究[D];甘肃农业大学;2005年
3 张梅花;生态垫在沙漠治理中的应用研究[D];甘肃农业大学;2007年
4 李红星;土壤蒸发数学模型的建立及其试验验证[D];西北农林科技大学;2008年
5 刘露;胡萝卜品质发育对土壤温度和水分的响应[D];甘肃农业大学;2010年
6 王丽君;黄土高原半干旱丘陵区不同耕作管理措施对旱地农田土壤温度的影响[D];兰州大学;2012年
7 陈啸晓;土壤温度、水分梯度测量的网络节点设计[D];南京信息工程大学;2012年
8 王连荣;土壤温度对温室早露蟠桃休眠及升温期生理生化的影响[D];河北农业大学;2003年
9 赵慧;热红外遥感影像中温度信息的提取研究[D];武汉大学;2005年
10 王玉涛;内蒙古东部草原积雪对土壤水热状况及牧草返青的影响[D];内蒙古农业大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山东省东平县农业局 王凤英;树下积雪好处多[N];河北农民报;2008年
2 丁乡 丁立威;果树防冻十法[N];中华合作时报;2005年
3 本报记者 傅海军;冬季果树咋防冻[N];河南科技报;2006年
4 王德明;早春提高大棚温度措施[N];中华合作时报;2006年
5 陈传立;朝天椒的田间管理[N];瓜果蔬菜报.农业信息周刊;2007年
6 丹阳办事处农技站 高红霞;提高早春大拱棚温度七法[N];菏泽日报;2006年
7 ;高温对大棚蔬菜的影响及措施[N];东方城乡报;2007年
8 省农科院经济作物研究所 刘云;甜(辣)椒露地栽培育苗要点[N];河北科技报;2007年
9 本报记者 徐志波;雪后菜苗咋萎蔫了?[N];河北科技报;2007年
10 ;设施栽培作物生理性病害的防治方法[N];山东科技报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978