[發(fā)明專利]一種土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610944554.6
• 申請(qǐng)日: 2016-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN106501186B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張婷婷;張雪飛;邵蕓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25;G01N22/04
• 代理公司: 北京方韜法業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11303
• 代理人: 朱麗華

本發(fā)明公開了一種土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法，包括：A.獲取待研究區(qū)被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品和同一時(shí)間的光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)；B.基于多端元混合像元分解法對(duì)所述光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤光譜的提取；C.利用GA?PLS建立土壤光譜反射特征與從被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品中獲取的土壤含水量之間的定量關(guān)系模型；D.基于所述定量關(guān)系模型，利用泰勒級(jí)數(shù)展開形式構(gòu)建土壤含水量降尺度模型，獲得高空間分辨率的土壤含水量數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)二者在時(shí)空分辨率上的優(yōu)勢(shì)，將二者有效整合獲取高空間分辨率的土壤含水量數(shù)據(jù)，可滿足大范圍流域尺度區(qū)域研究，實(shí)現(xiàn)流域尺度土壤含水量實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確度高，易于建立，省時(shí)省力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地理測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法。

背景技術(shù)

土壤含水量作為氣候與環(huán)境干旱化的重要指示因子之一，影響著土壤的理化性質(zhì)與植被的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響我國(guó)的糧食產(chǎn)量。同時(shí)，土壤含水量是地表能量平衡和水循環(huán)的重要組成部分，是全球變化研究中的重要監(jiān)測(cè)因子。目前，各種基于全球觀測(cè)站點(diǎn)資料建立的土壤含水量數(shù)據(jù)集，由于觀測(cè)點(diǎn)的密度和空間代表性不足，模擬和預(yù)報(bào)的精度難以滿足應(yīng)用需求。

先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)AMSR-2(Advanced Microwave Scanning Radiometer forthe Earth Observing System)，土壤水分和海洋鹽分傳感器SMOS(Soil Moisture andOcean Salinity)，SMAP(Soil Moisture Active Passive)以及風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星均具有全天時(shí)、全天候、觀測(cè)尺度大、重訪周期短等突出優(yōu)勢(shì)，能夠提供高覆蓋度高時(shí)效性的全球土壤含水量數(shù)據(jù)。但這些數(shù)據(jù)的空間分辨率(9-40km)較低，無(wú)法滿足流域尺度土壤含水量時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)空間分辨率可以達(dá)到1km以下，高空間分辨率、低時(shí)間分辨率、易受天氣影響的特點(diǎn)，與被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)恰恰相反。

為了解決被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品的空間分辨率低的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也提出了各種不同的降尺度方法：一類降尺度模型是以遙感技術(shù)獲得的土壤物理參數(shù)為基礎(chǔ)，如利用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)反演土壤的蒸散量建立降尺度算法，但是這種算法的局限性在于沒(méi)有考慮微波遙感數(shù)據(jù)反演的土壤含水量和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)反演的土壤有效蒸發(fā)量之間存在很強(qiáng)的非線性關(guān)系。還有一類模型是四維變分同化方法，就是在微波遙感數(shù)據(jù)的第四維尺度上分析土壤含水量。但是這種方法對(duì)地表資料的獲得要求較高。

由此可見，目前迫切需要發(fā)展一種新的土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法，建立一種可行的空間降尺度模型，逐步提高土壤含水量數(shù)據(jù)的空間分辨率，推動(dòng)流域尺度土壤含水量的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法，使其提高被動(dòng)微波土壤含水量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的空間分辨率，滿足流域尺度水資源和農(nóng)業(yè)管理的應(yīng)用需求，克服目前土壤含水量產(chǎn)品數(shù)據(jù)集空間代表性不足、空間分辨率低等的不足。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種土壤含水量產(chǎn)品降尺度方法，所述方法包括以下步驟：

A.獲取待研究區(qū)的被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品和同一時(shí)間的光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)；

B.基于多端元混合像元分解方法對(duì)所述光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤光譜的提取；

C.利用GA-PLS建立所述土壤光譜反射特征與從所述被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品中獲取的土壤含水量之間的定量關(guān)系模型；

D.基于步驟C建立的所述定量關(guān)系模型，利用泰勒級(jí)數(shù)展開形式構(gòu)建土壤含水量降尺度模型，獲得高空間分辨率的土壤含水量數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟A中被動(dòng)微波土壤含水量產(chǎn)品采用SMAP土壤含水量數(shù)據(jù)；所述光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)采用MODIS影像數(shù)據(jù)。