地表有几层 最新研究进展与动态土壤种别

最后更新 : 2021.01.26  

地表有几层 最新研究进展与动态土壤种别插图

克日,中国科学院航天信息创新研究所遥感科学国家重点实验室副研究员曾江源基于L波段SMAP辐射计的最新亮温数据,开发了一种新的微波土壤水分指数(SMI)来捕捉土壤水分的动态转变趋势。研究效果揭晓在国际期刊上。

土壤水分是毗邻陆地水分、能量和碳循环的要害水文变量,获得准确的土壤水分动态转变信息对许多水文气象应用非常重要。被动微波遥感可以全天事情,被认为是全球大规模土壤水分监测的最有用手段。

然而,由于植被、地表粗糙度及其耦合的影响,被动微波亮温反演土壤水分仍面临伟大挑战。以往的土壤水分反演算法或指数对植被和地表粗糙度的校正主要存在两个问题:1)在植被影响的校正中,往往需要NDVI和叶面积指数等光学辅助参数。一方面,光学植被指数容易泛起信号饱和,另一方面,光学观察易受云雾影响,降低了算法的实用性;2)在修正外面粗糙度的影响时,通常假设为不随时间转变的固定值,与现实自然情形显著不符,因此必然会带来误差。

微波土壤水分指数(如图1)是基于以下两个明确的物理机制提出的:1)植被和外面粗糙度对微波辐射有“去极化效应”(随着这两个参数的增添,微波极化差异变小),而土壤水分则增强了微波极化差异;2)植被、外面粗糙度和外面发射率呈正相关(两个值越大,外面发射率越大),土壤水分和外面发射率呈负相关,发射率随着土壤水分的增添而降低。基于这两种物理机制,土壤水分、植被和外面粗糙度的影响可以在二维空间中星散,而不依赖于植被类型和外面粗糙度。

为了磨练新开发的微波土壤水分指数在捕捉土壤水分动态转变方面的准确性,行使笼罩全球差别地表和天气条件的5个土壤水分麋集观察网络的实测数据对该指数进行了验证,并与国际主流的粗尺度分辨率(~36km)和中尺度分辨率(~9km)的土壤水分产物进行了对照,包罗粗尺度被动和产物以及中尺度增强被动和产物。

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效果表明,新开发的微波土壤水分指数能够在粗、中尺度分辨率下捕捉表层土壤水分的动态趋势,微波土壤水分指数与表层土壤水分的平均相关系数分别为0.87和0.84,优于SMAP被动指数(0.80)和SMAP增强被动指数(0.77)、(0.69)和(0.53)。中芯国际在36公里和9公里的整个观察时代的RMSE分别为-3和-3,优于其他卫星产物(图2)。

新开发的微波土壤水分指数具有以下三个怪异的优点:1)SMI是一个基于物理和无量纲的简朴指数,在盘算中不需要任何履历系数;2) SMI除了外面温度(可由模子获得)外,不需要其他辅助参数,如光学NDVI或LAI3)在3)SMI中思量了植被和外面粗糙度的动态特征,而没有假设它们不随时间转变。因此,新开发的微波土壤水分指数在全球范围内具有很好的应用潜力。

该研究得到了国家重点R&D项目、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的支持。

论文链接

图1。一种新的微波土壤湿度指数的概念图

图2。行使CDF匹配手艺校正的土壤湿度指数与五个麋集观察网实测土壤湿度的时间序列对照效果(36km)。在图中,蓝线代表测得的土壤湿度,黄棕色涣散点代表土壤湿度指数,灰色阴影代表土壤冻结期

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