[发明专利]一种基于双极化类发射率的裸露土壤含水量反演方法

说明书

本发明涉及微波遥感领域，公开了一种基于双极化类发射率的裸露土壤含水量反演方法，包括步骤：模拟在不同观测条件和土壤条件下的微波辐射亮温；将微波辐射亮温分别转换为类发射率，获得微波辐射亮温类发射率数据集；根据双极化类发射率加权方程式获得双极化类发射率加权变量；建立双极化类发射率加权变量与裸露土壤含水量之间的关系式，根据双极化类发射率加权变量反演裸露土壤含水量。本发明定义了类发射率，避免了温度数据给土壤含水量反演过程造成的误差，提高了反演精度，本发明通过双极化类发射率加权消除了地表粗糙度对微波辐射信号的影响，同时避免了传统反演方法中不同地表条件采用经验的粗糙度参数带来的裸露土壤含水量反演误差问题。

技术领域

本发明涉及微波遥感领域，具体地涉及一种基于双极化类发射率的裸露土壤含水量反演方法。

背景技术

土壤含水量是陆表与大气之间能量和水分交换中最活跃的要素，是影响水文过程、生态过程和生物地球化学过程的关键参数之一。随着农业、水利、灾害等领域对长时序大范围土壤含水量数据的需求日益迫切，传统依靠地面测量手段已经无法满足各领域的应用需求。被动微波遥感具有能够全天时、全天候工作的特点，并对陆表植被及土壤具有一定的穿透能力，逐渐成为目前监测区域和全球尺度土壤含水量的有效工具。

一般情况下，对于裸露地表区域来说，被动微波遥感土壤含水量的反演方法重点需要解决两个关键问题，一是温度影响的校正；二是粗糙度影响的校正。不同被动微波遥感土壤含水量反演算法也主要研究和解决这两个问题。目前的被动微波遥感裸露土壤含水量反演方法的问题有以下两个方面：1)由于所有反演的基础是发射率，因此需要地表温度数据将亮温转换为发射率，进行土壤含水量的反演。温度数据一般有两种获取方式，一是通过热红外遥感手段建立遥感亮温与土壤温度的经验关系，这种方法计算的土壤温度是表明温度，与微波遥感穿透土壤层所对应的温度机理不匹配，并且受云遮挡和天气影响，有时无法获取有效数据；二是通过温度测量仪器地面测量获得，这种方式成本特别高，并且获取的是点上的测量数据，无法与遥感获取的区域的信息匹配。两种方式都会导致引入新的误差,降低了土壤含水量反演精度；2)由于粗糙度影响了微波亮温，因此反演过程中需要地表粗糙度信息输入来校正粗糙度的影响，但是由于地表粗糙度难以获取，所以一般在反演算法中采用经验的数值，这种方法无法适用于现实中复杂的地表状况。

发明内容

本发明提供一种基于双极化类发射率的裸露土壤含水量反演方法，从而解决现有技术的上述问题。

一种基于双极化类发射率的裸露土壤含水量反演方法，包括如下步骤：

S1)建立地表发射理论模型，根据地表发射理论模型模拟在不同观测条件和土壤条件下的微波辐射亮温；

S2)将步骤S1)中在不同观测条件和土壤条件下的微波辐射亮温分别转换为类发射率，获得微波辐射亮温类发射率数据集；

S3)对地表粗糙度和类发射率之间的关系进行回归分析，并根据地表粗糙度和类发射率之间的关系建立双极化类发射率加权方程式，根据双极化类发射率加权方程式获得双极化类发射率加权变量；

S4)通过回归分析建立双极化类发射率加权变量与裸露土壤含水量之间的关系式，根据双极化类发射率加权变量反演裸露土壤含水量。

进一步的，步骤S1)中，建立地表发射理论模型，根据地表发射理论模型模拟在不同观测条件和土壤条件下的微波辐射亮温，包括如下步骤：

S11)获取待输入至地表发射理论模型中的地表参数以及辐射计观测参数；地表参数包括地表温度、裸露土壤含水量和地表粗糙度；辐射计观测参数包括极化、观测角度和观测频率；

S12)确定地表参数的合理取值范围以及辐射计观测参数的合理取值范围，在地表参数的合理取值范围内对地表参数进行等间隔取值，在辐射计观测参数的合理取值范围内对辐射计观测参数进行等间隔取值，获得地表参数集合和观测参数集合；