使用MODIS数据反演土壤水分研究

【摘要】：土壤水分是监测土地退化的一个重要指标，是气候、水文、生态、农业等领域的主要参数，在地表与大气界面的水分和能量交换中起重要作用。遥感能够快速方便地获取大区域的地表信息，因此使用遥感监测土壤水分意义重大。 本文在收集整理了国内外关于使用遥感定量反演土壤水分的各种研究资料的基础上，对比各种定量反演土壤水分的遥感模型，认为对于裸地或者低植被盖度应选择表观热惯量模型；对于中高植被盖度应选择TVDI或者Ts／NDVI模型，反演全国的土壤湿度。 利用2003年1km空间分辨率、8天合成的MODIS地表温度产品和1km分辨率、16天合成的MODIS植被指数产品，使用优选的模型——温度植被干旱指数法(TVDI)反演了新疆8、9、10三个月的土壤湿度，并使用卫星同步野外采样点数据进行验证，发现TVDI能够反映地表土壤水分状况。接着采用分区的方法使用TVDI方法反演全国的土壤湿度，发现TVDI能够很好地反映分区内的土壤湿度，但是分区间的土壤湿度不能进行对比分析。这主要是因为不同分区对应不同的干湿边，而不同的干湿边对应不同的土壤湿度。我们尝试改进TVDI方法，使用Ts／NDVI斜率法反演全国的土壤湿度，Ts／NDVI斜率法能够获取全国土壤绝对含水量，从而能够进行全国土壤湿度的时空分析。由于没有实测的土壤湿度资料，无法获得Ts／NDVI斜率与土壤湿度的定量关系，我们使用了土壤湿度与Ts／NDVI斜率的经验公式，但效果不理想。土壤湿度与Ts／NDVI斜率的定量关系有待进一步研究。 在使用TVDI方法反演新疆的土壤湿度时，根据Ts-NDVI特征空间的形状，首次提出根据中间范围的NDVI，拟合干湿边方程，确定干湿边参数。 首次根据遥感获取的信息分析新疆的土壤湿度的空间分布，发现新疆土壤湿度的空间分布规律与新疆的年降水量分布规律、年平均相对湿度分布规律很吻合。