本文關鍵詞：基于LSMEM模型的黑河流域土壤含水量遙感反演研究

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【摘要】：土壤含水量是理解地表-大氣交互的重要因子,大尺度高精度的土壤含水量的測定對于農業(yè)生產(chǎn)、天氣預報以及旱澇災害監(jiān)測等都具有重要的參考價值。傳統(tǒng)地表實測精度較高,但僅能代表觀測點的瞬時狀態(tài),難以推廣至其他時空,借助于遙感平臺并結合特定的模型和算法,可以得到時空大尺度土壤含水量分布狀況,為研究陸表間要素的能量交換和循環(huán)提供可靠的依據(jù)。本研究基于輻射傳輸理論,使用AMSR-E日觀測亮溫數(shù)據(jù),以我國西北內陸黑河流域作為研究區(qū),詳細分析了地表、植被和大氣對地表輻射傳輸?shù)挠绊?測試了陸表微波發(fā)射模型LSMEM中參數(shù)的敏感性,對植被光學厚度t和單散射返照率w進行了修正,并使用改進后的LSMEM模型對整個流域的土壤含水量進行了反演。結果表明,黑河流域的土壤含水量分布呈現(xiàn)由北向南逐漸增大的趨勢,其北部荒漠/半荒漠區(qū)土壤平均含水量為0.02~0.05,南部上游(青海祁連山區(qū))高海拔區(qū)和中游(甘肅民樂、山丹、臨澤等)沖積平原區(qū)以及下游(內蒙古阿拉善盟)流經(jīng)區(qū)域周邊的土壤含水量較高,其均值約為0.2,最大可達0.3,經(jīng)與流域中部的臨澤和花寨子/盈科的地表實測數(shù)據(jù)比較,反演結果和實測數(shù)據(jù)在時間序列上具有相同的變化趨勢,在空間上具有較好的一致性。除使用地面實測數(shù)據(jù)驗證反演結果外,與VIC水文模擬結果在流域尺度上也進行了比較,結果表明,VIC模擬結果普遍高于本文研究,相關性分析表明二者在流域的大部分區(qū)域具有良好的正相關性,部分區(qū)域的皮爾遜相關系數(shù)r高達0.9。本文還對同樣基于輻射傳輸理論和AMSR-E平臺的土壤含水量產(chǎn)品—NASA的AMSR-E Level 3數(shù)據(jù)集以及VUA的LPRM數(shù)據(jù)集進行了對比分析,結果表明,本文研究與Level 3數(shù)據(jù)集和VUA數(shù)據(jù)集呈現(xiàn)相同的土壤含水量分布趨勢,其平均含水量與Level 3數(shù)據(jù)較為接近,在部分區(qū)域可達到完全的正向相關(r(28)1);而VUA數(shù)據(jù)集在整個流域的值普遍偏高且變化較大,對其與本文研究的相關性分析表明二者僅在少數(shù)區(qū)域具有相關性。本研究的創(chuàng)新點在于:1)提出了一種植被光學厚度參數(shù)改進方法,驗證了土壤含水量敏感度分析結果,提升了植被區(qū)土壤含水量反演精度;2)使用皮爾遜相關分析法分析比較了VIC模擬結果、AMSR-E level 3數(shù)據(jù)集和VUA數(shù)據(jù)集,在時空大尺度上對本文結果進行了驗證。本研究通過反演改進的LSMEM模型獲得了黑河流域土壤含水量,使用實測點數(shù)據(jù)和流域尺度數(shù)據(jù)集驗證了其可靠性,但反演結果的精度仍然可以進一步提升,對深層土壤含水量的研究將是進一步研究的重點。
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S152.7;S127

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