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考虑植被覆盖和热辐射方向性的热惯量法土壤水分反演研究

程宇  
【摘要】:土壤水分是一个重要的环境因素,直接影响到农业、气象、生态和水文等多领域的研究和应用,也是环境监测与土地退化的重要评价指标。利用遥感方法监测大面积土壤水分一直是研究的热点之一。 热惯量法是热红外遥感方法反演土壤水分的主要研究手段。前人应用热惯量法反演土壤水分大多集中于裸土或低植被覆盖区域,而我国华北平原春旱的监测正值农作物的生长过程,植被覆盖率在不断提高。另外,热红外传感器的观测由于宽视场而具有一定的角度,所以研究不同植被覆盖状况和热辐射方向性对热惯量法土壤水分的反演精度影响,具有重要的理论与现实意义。论文的主要内容包括以下几个方面: (1)本文从不同植被覆盖和热辐射方向性两个角度出发,探讨了热惯量法土壤水分研究的方法。于2005年和2006年进行了多次野外同步实验,同步观测实验包含对土壤水分的实测,利用热像仪采集多角度实地热辐射数据等内容。同时,对实验期间的MODIS数据进行相关参数的反演。 (2)针对实验区域的特征,本文选择了表观热惯量模型对实验区域的土壤水分进行以下反演分析:(Ⅰ)分析单纯利用表观热惯量与土壤水分之间的关系,发现两者的联系存在一定的问题,不同的植被覆盖状况,对回归分析造成了较大的影响;(Ⅱ)考虑不同植被覆盖情况,引入了归一化植被指数(NDVI)进行了二元一次、二元二次回归分析。同时,分析了表观热惯量和NDVI的比值参数与土壤含水量之间的关系,结果表明二元二次回归法与ATI/NDVI法在土壤水分回归分析中具备较好的相关性。所以引入NDVI的热惯量法可以用于分析不同植被覆盖状况下的土壤含水量。 (3)利用热像仪实地测量数据,分析了实验区不同垄向的热辐射方向特性,及其对热惯量和土壤水分的影响。并根据航测的高分辨率影像,模拟1km像元尺度的温度角度差异,分析发现垄向结构的不同组成,使得混合像元的热辐射方向性存在差异,因此在大尺度遥感影像分析中,需要考虑到不同地物结构形成的混合像元的热辐射方向性问题。 (4)在“RSIS遥感参数反演系统”软件的基础上,本文设计并开发了基于


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