[發明專利]一種不同深度的土壤溫度估算方法

有效

• 申請號: 201711249846.9
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109871552B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 黃健熙;張超;黃然
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種不同深度的土壤溫度估算方法，包括：S1，預處理光學和熱紅外衛星遙感數據，獲取地表溫度集合和植被指數集合；S2，根據任一深度的土壤溫度觀測點坐標，從地表溫度集合和植被指數集合中提取對應地表溫度和植被指數；根據任一深度的土壤溫度觀測時間獲取對應太陽赤緯；S3，分析所述任一深度的土壤溫度分別與對應地表溫度、植被指數和太陽赤緯的相關性，獲取分析結果；S4，根據所述分析結果，建立任一深度的土壤溫度估算模型；S5，重復S2?S4，獲取不同深度的土壤溫度估算模型；S6，根據不同深度的土壤溫度估算模型估算不同深度的土壤溫度。本發明提供的方法，無需增加觀測點，提高了估算精確度和效率。

技術領域

本發明涉及衛星遙感數據應用處理技術領域，尤其涉及一種不同深度的土壤溫度估算方法。

背景技術

土壤溫度是水文學、氣象學、地質學、生態學、農學和環境研究等領域的重要參數之一。不同深度土壤溫度的估算有助于理解陸地表面能量傳輸的過程，季節變化、土壤類型及土地覆蓋狀況均不同程度地影響土壤熱量的收支平衡，進而影響土壤溫度的變化。土壤溫度變化直接影響農業生產，獲取長時間序列的土壤溫度空間分布數據有助于改良農業技術、田間管理策略，維持產量。

近年來，隨著衛星遙感技術的快速發展，光學和熱紅外等衛星傳感器的對地觀測提供了多種遙感影像數據，為土壤溫度的估算提供了新的技術。美國國家航空航天局(NASA)提出地球觀測系統(EOS)，通過空間技術全面觀測地球系統，了解地球系統的現狀及其變化特征，深刻認識地球能量收支的全球分布。EOS衛星觀測體系包括Terra衛星、Aqua衛星和Aura衛星，其中Terra衛星和Aqua衛星分別搭載了中分辨率成像光譜儀(MODIS)。MODIS利用可見光和紅外線進行對地觀測，有36個離散光譜波段，可以同時提供反映陸地表面狀況、云邊界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化學、大氣中水汽、氣溶膠、地表溫度、云頂溫度、大氣溫度、臭氧和云頂高度等特征的信息，可用于對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。

目前，土壤溫度數據的常用獲取方法為地面觀測和模型模擬。基于物理學模型模擬出來的土壤溫度能夠完整得描述期時空變化過程，而由觀測得到的土壤溫度數據則提供了更直接、更真實的數據。然而，由于地表的時空異質性以及模型參數的不完善性，建模和觀測都有不確定性。一方面，現有模擬模型的初始條件和土壤類型的不確定性會引入誤差；另一方面，土壤表面溫度會受到太陽輻射、氣溫和降水等大氣邊界條件的影響以及地表覆蓋的影響。這些誤差將逐漸積累，土壤溫度估計將與真實狀態出現分歧。對于地面觀測方法來說，儀器誤差和空間異質性，仍然存在很大的不確定性。此外，高密度觀測是不切實際且昂貴的。

研究表明，土壤溫度與氣溫之間存在相互影響的關系。可以通過可見光和熱紅外等衛星傳感器來模擬土壤溫度。MODIS地表溫度(LST)產品多用來估算日平均氣溫、日最低氣溫和最高氣溫。也有學者開始利用LST來估算淺層土壤溫度，獲取土壤溫度的時間和空間分布數據。

目前，土壤溫度的遙感估算方法研究主要集中在利用地溫或氣溫等單一因子進行估算，或引入數據同化方法進行模擬。但是，土壤溫度的變化是太陽輻射和土壤熱量平衡特征以及下墊面等因子的綜合影響的結果。同時，對土壤溫度估算方法集中在土壤表面溫度，對不同深度的土壤溫度估算也較少。但是不同深度的土壤溫度空間分布趨勢和季節性變化特征有差異。因此對土壤溫度遙感估算方法的研究具有現實意義。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的不同深度的土壤溫度估算方法的研究較少且精度較低的問題，提供了一種不同深度的土壤溫度估算方法。