[發明專利]一種鹽度衛星雙波段亮溫數據聯合反演土壤水分的方法

有效

• 申請號: 201610064046.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105606631B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 陳權;曾江源;周武;李震
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所;國家衛星海洋應用中心
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種鹽度衛星雙波段亮溫數據聯合反演土壤水分的方法，屬于微波遙感領域，首先利用K波段(23.8GHz)V極化亮溫獲取土壤溫度，再將傳統的τ?ω模型進行優化，使影響土壤水分反演的兩個參數均方根高度h和光學厚度τ合成為一個參數，并在合理的假設條件下，使τ?ω模型僅包括土壤溫度和土壤水分兩個未知參數，再利用C波段(6.9GHz)H極化亮溫數據直接反演土壤水分信息。

技術領域

本發明涉及微波遙感領域，主要涉及的是一種采用K波段和C波段亮溫數據聯合反演土壤水分的方法

背景技術

土壤水分不僅是地球生態系統非常重要的組成部分，同時也是地表干旱信息最重要的表征參量。諸多的研究均表明區域性或全球性的土壤水分觀測對很多環境學科，如洪水監測，改良土壤侵蝕模型，天氣預報以及農業應用都至關重要。因此，獲取大范圍地表土壤水分時空分布信息是一個迫切需要解決的問題。被動微波遙感由于對地表介電特性的強敏感性而具備良好的反演土壤水分的物理基礎。相比傳統土壤水分測量方法，被動微波遙感覆蓋面廣，能夠大范圍持續觀測；相比可見光與熱紅外，它具有全天時全天候，穿透性強，較少受到云霧干擾的優勢。因此，被動微波遙感被認為是目前監測土壤水分最有效的手段，并已被廣泛應用于快速獲取全球區域的地表土壤水分信息。

由于土壤顏色和表層溫度受土壤濕度的影響，利用可見光和紅外波段的遙感方法也能反映土壤濕度狀態，但微波遙感被認為是能夠真正意義上進行定量化土壤水分監測最有潛力的方法。微波遙感能夠監測土壤水分的原因在于微波傳感器接收到的地表發射的微波亮溫或者地表反射的微波后向散射系數與地表土壤的介電特性密切相關，而土壤的介電特性主要由其含水量決定，因此利用微波遙感進行土壤水分的估算具有很好的物理基礎。此外，相比可見光、熱紅外易受大氣、云霧等影響的限制，微波遙感具有全天時、全天候觀測的特點，并對云霧、雨雪、植被及干燥地物有一定的穿透能力，從而彌補了可見光，熱紅外在土壤水分監測中的不足。

海洋鹽度探測衛星有效載荷包括L、C和K波段微波輻射計，為海洋、減災、農業以及氣象等多個行業和業務部門提供服務。雖然鹽度衛星是為獲取海洋鹽度而設計，但其獲取的數據在陸表表面也將有重要的應用價值，如獲取陸表溫度和土壤水分等。鹽度衛星頻率設置是L波段(1.415GHz)、C波段(6.9GHz)和K波段(18.7GHz和23.8GHz)，均包括H和V兩種極化方式。

發明內容

本發明提出一種利用鹽度衛星K波段(23.8GHz)和C(6.9GHz)亮溫數據聯合反演地表土壤水分的方法。首先利用K波段(23.8GHz)V極化亮溫獲取土壤溫度，再將傳統的τ-ω模型進行優化，使影響土壤水分反演的兩個參數均方根高度h和光學厚度τ合成為一個參數，并在合理的假設條件下，使τ-ω模型僅包括土壤溫度和土壤水分兩個未知參數，再利用C波段(6.9GHz)H極化亮溫數據直接反演土壤水分信息。采用具有相似系統參數的AMSR-E衛星數據進行驗證。結果表明本發明提出的方法可以有效獲取地表土壤水分信息。

本發明提出的反演土壤水分的方法，其是采用K波段和c波段亮溫數據聯合反演土壤水分，該方法包括如下步驟：

步驟1、獲取鹽度衛星數據，從數據文件中提取K波段(23.8GHz)V極化亮溫數據BT_(23.8，v)；

步驟2、根據以下公式計算陸表溫度T：

T＝0.767×BT_(23.8，v)+76.893；

步驟3、在0.01～0.6土壤水分范圍內，步長設為0.01，利用Dobson模型在土壤質地、容重和陸表溫度T已知的情況下，計算每個土壤水分對應的介電常數ε；

步驟4、獲取鹽度衛星數據，從數據文件中提取C波段(6.9GHz)V和H極化亮溫數據BT_(6.9，v)和BT_(6.9，h)；