[發明專利]一種融合土壤物理性質與遙感數據的地表土壤含水量反演方法

在審

• 申請號: 202210040047.5
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114461971A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 盧獻健;晏紅波;韋晚秋;梁月吉;甘磊;黎振寶
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06F17/18
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• 代理人: 暫無信息

一種融合土壤物理特性與遙感數據的地表土壤含水量反演方法，該方法包括構建輸入數據集；選取植被覆蓋指數FVC與地表溫度T*構建T*?FVC特征空間；依據特征空間計算地表土壤含水量相對指標M₀；依據土工試驗點數據，建立土壤飽和體積含水量與土壤孔隙率的統計模型，并據此模型計算不同類型土壤的各像元飽和體積含水量。最后將土壤含水量相對指標M₀與土壤飽和體積含水量、萎蔫點地表土壤體積含水量耦合在一起，構建了地表土壤體積含水量定量反演模型。本模型融合土壤物理特性與遙感數據進行地表土壤體積含水量反演，解決了傳統遙感方法忽略不同類型土壤持水能力的差異而難以高精度計算體積含水量的問題，實現了地表土壤體積含水量的高精度反演。

技術領域

本發明屬于土壤含水量反演技術領域，具體涉及一種融合土壤物理性質與遙感數據的地表土壤含水量反演方法。

背景技術

土壤水分是陸地系統地氣能量交換的關鍵參數，它已經被全球氣候觀測系統確定為基本陸地氣候變量之一。準確確定地表土壤水分的多少、分布及其動態變化在水文、生態、農業、地質災害監測和全球氣候變化的研究中變得越來越重要。目前，基于遙感數據的熱慣量法和溫度-植被指數法以及以此為基礎發展得到的一些改進方法在地表土壤含水量反演方面得到了較為廣泛的應用。這些方法的計算模型相對簡單，易于計算與使用，在大面積的土壤含水量反演中較傳統地面測量與推算方法更具有優勢。然而，由于未能考慮不同類型土壤在持水能力方面的區別，這些方法的土壤含水量反演精度受到了影響，限制了方法的推廣與使用。為此，融合土壤物理性質與遙感數據的地表土壤含水量反演方法得以提出。

在溫度-植被指數法中，基于TVDI特征空間來反演地表土壤含水量是一種常用的土壤水分遙感監測方法。該方法原理較為簡單，易于推廣，其中主要的遙感數據——溫度LST和植被指數VI的算法比較成熟，易于實施。然而，該方法并未考慮土壤孔隙率、土壤飽和含水量與土壤萎蔫系數等土壤物理性質所引起的不同土壤類型持水能力的差異，忽略了土壤飽和含水量與土壤萎蔫系數隨土壤類型、土壤孔隙率而變化的特性。此外，基于LST-VI特征空間的反演結果大多是反映土壤含水量的相對指標，而不是地表土壤體積含水量。因此，針對地表土壤水分遙感反演方法未能考慮不同土壤持水能力的差異，難以得到土壤體積含水量且反演精度低等問題，亟需一種將土壤物理性質考慮在內的融合土壤物理性質與遙感數據的地表土壤含水量反演方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種融合土壤物理性質與遙感數據的地表土壤含水量反演方法；本發明地表土壤含水量反演方法將土壤的物理性質與遙感數據融合在一起，提高土壤含水量反演精度。

根據本發明的內容，提供了一種融合土壤物理性質和遙感數據的地表土壤含水量反演方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：確定所述方法需要的氣象站點數據、土工數據以及遙感數據，構建輸入數據集；

步驟2：計算植被覆蓋指數FVC，并與歸一化后的地表溫度T*，構建歸一化特征空間T*-FVC；

步驟3：基于歸一化特征空間T*-FVC計算并獲取下墊面的土壤含水量相對指標M₀；

步驟4：建立土壤飽和體積含水量與土壤孔隙率的關系，根據土壤孔隙率確定土壤飽和體積含水量，并將土壤飽和體積含水量、植被萎蔫點地表土壤含水量與所述步驟3得到的M₀聯合反演地表土壤含水量。

所述步驟4中，包括以下步驟：

步驟401、首先依據土壤孔隙比求出對應的土壤孔隙率n，計算公式如下：

其中，e表示土工數據采集點的實測土壤孔隙比；

步驟402、計算土壤容重r，計算公式如下：

r＝d-d·n