[发明专利]一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法

说明书

本发明公开了一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法，针对宇宙射线中子法在土壤水分测量中难以反映其空间异质性的问题，利用Landsat8遥感数据计算归一化植被指数与地表温度，提出了一种考虑地表植被和地表温度等下垫面条件因素的土壤含水量水平方向参数修正方法，结合宇宙射线中子仪自身的中子足迹特征和土壤类型模拟土壤水分垂向修正参数，从而实现宇宙射线中子仪观测范围内的土壤水分三维空间分布特征模拟，有助于提高宇宙射线中子仪土壤水分观测的精细程度，客观反映了测量区域土壤水分空间分布差异，为土壤水分遥感真实性检验奠定了基础。

技术领域

本发明属于测量技术推广技术领域，具体涉及一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法的设计。

背景技术

土壤水分是水循环、能量循环和生物地球化学循环中的关键参数，目前土壤水分的地面观测手段根据观测数据的空间代表性分为点观测和面观测。点观测的观测结果是空间点数据，空间代表性较小，难以准确描述土壤水分的空间分布，主要方法有烘干称重法、张力计法、中子仪法和介电特性法。面观测的观测结果可以实现土壤水分的空间连续性观测，代表性方法有探地雷达法和宇宙射线中子法，其中宇宙射线中子法研究探讨较多。

宇宙射线中子法(CRS)则是20世纪40年代出现的一种新型的面状土壤水分测量方法，该方法原理是利用宇宙射线中子仪测量由宇宙射线粒子所产生的中子的数量，由中子数与土壤水分含量的关系估算一定区域内的平均土壤水分含量。该仪器测量值仅代表该范围的土壤水分均值，认为不同距离和不同深度对观测区域土壤水分结果的贡献无差别。实际上，由于测量源区内下垫面条件不同，土壤水分在区域存在明显的空间异质性，仅用仪器测量并不能展现土壤水分在空间上分布差异，一定程度制约着宇宙射线中子法在土壤水分精确测量和应用推广，需要结合下垫面影响因素开展其空间特征模拟。

发明内容

本发明的目的是提出一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法,充分考虑测量源区下垫面中地表植被、地表温度和土壤类型等下垫面条件影响因素，用于快速准确模拟观测范围内土壤水分三维空间分布特征，提高宇宙射线中子法在土壤水分测量中的空间精度，促进其在土壤水分遥感验证中的应用深度。

本发明的技术方案为：一种结合遥感数据的宇宙射线中子仪空间特征模拟方法，包括以下步骤：

S1、采集宇宙射线中子仪的观测数据，并根据宇宙射线中子仪的测量范围和时间，采集其观测时期下的Landsat 8地表反射率数据。

S2、对采集的观测数据以及Landsat 8地表反射率数据进行处理，得到温度植被干旱指数。

S3、基于温度植被干旱指数，进行宇宙射线中子仪测量空间内的修正参数模拟。

S4、根据修正参数模拟结果，进行宇宙射线中子仪三维空间特征模拟，计算得到宇宙射线中子仪测量范围内土壤含水量空间分布。

进一步地，步骤S2包括以下分步骤：

S21、根据采集的Landsat 8地表反射率数据，计算得到归一化植被指数NDVI。

S22、根据采集的观测数据以及Landsat 8地表反射率数据，采用单窗算法反演地表温度T_s。

S23、根据地表温度T_s和归一化植被指数NDVI计算得到温度植被干旱指数VI。

进一步地，步骤S21中归一化植被指数NDVI的计算公式为：

其中B₄表示Landsat 8地表反射率数据的第4波段，B₅表示Landsat 8地表反射率数据的第5波段。

进一步地，步骤S22中地表温度T_s的反演公式为：