[发明专利]一种去除植被覆盖影响的表层土壤含水量卫星遥感估算方法

说明书

本发明提供了一种去除植被覆盖影响的表层土壤含水量卫星遥感估算方法，本方法的步骤包括（1）材料及数据；（2）辅助参数计算（地表反照率、植被覆盖度计算）；（3）从地表反照率中分解出裸土反照率；（4）土壤含水量遥感估算模型与制图；（5）估算方法准确性评价。该方法直接运用裸土反照率来计算土壤含水量，遥感物理意义明确，凸显了卫星遥感估算土壤含水量的实质内涵；克服了传统方法（基于地表反照率的方法，如裴浩等.1999）需要计算测量中间参数的缺陷，避免了误差在参数间的传递，没有多余的中间环节，简单易行；突破了传统方法（如光学植被盖度方法）必须具备的区域条件限制。该方法实现了可靠、稳定和高精度地估算任意较大区域的表层土壤含水量。

技术领域

本发明涉及卫星遥感的应用技术，具体地说是一种去除植被覆盖影响的表层土壤含水量卫星遥感估算方法。

背景技术

土壤含水量，是植物生长发育的基础条件，也是农牧业干旱监测的有效因子，对土壤的各种理化性质具有深刻影响。它参与生物圈、大气圈的物质能量循环，间接地决定与改变了陆地表面的太阳短波辐射和地表长波辐射吸收、反射和发射，进而影响着地球系统能量收支平衡。因此，土壤含水量在农业、陆地生态系统、气候等领域研究中扮演着重要的角色，其含量的准确，快速测定具有重要的作用和意义。

传统的土壤含水量测量方法虽然具有很高的精度，但费时、费力，样点有限，获取成本高，难以广泛应用到区域尺度。卫星遥感技术能够在短时间内，低成本地获取广阔地表的地物光谱信息，通过遥感模型，借助尺度推绎方法，实现像元尺度上的土壤含水量测定与空间分布格局，已成为区域尺度土壤含水量估算的主要技术手段，得到了广泛应用。

现有技术存在的问题：卫星遥感技术估算土壤含水量的基础是遥感像元。依据遥感技术成像原理，受空间分辨率影响，卫星遥感图像的像元是混合像元（即对于非人工干扰的自然景观，其遥感像元包含植被与土壤的反射率，也就是说，当有植被覆盖时，遥感像元的反射率不完全是纯土壤（裸土）的光谱反射率，而是土壤与植被反射率的加权和）。因此，植被（植被覆盖度）对土壤反射率的影响巨大，欲进一步提高遥感反演的精度，需将植被对混合像元反射率的贡献设法予以消除或尽可能地降低，“去除”植被光谱的影响，分离出裸土的光谱反射率。

目前，有三大类“去除”植被光谱，分离出裸土的光谱反射率的方法。

一是混合像元分解模型。主要有线性、非线性、几何光学、随机几何和模糊分析5种模型。线性模型的关键是要输入各种地物的参照光谱值，而实际地物的光谱值很难获得，应用困难。非线性模型，计算过程较复杂，其混合像元的分解效果通常好于线性模型，但受残差的影响，其结果仍不理想。几何（光学与随机几何）模型，需要大量参数，如植被的高度、形状参数以及太阳参数（入射与观测方向）等，这些参数通常难以全部获取。模糊分析模型，运用该方法的前提是数据必须符合或接近正态分布，但实际上，并不是所有区域的遥感数据满足这一前提条件。因此，混合像元分解模型虽然取得了较好的效果，但仍然存在着不足。

二是光学植被盖度方法。该方法成功地将混合像元的光谱信息纯化为裸土的光谱信息，但需要用统计方法确定裸土壤的虚生物量本底、全是植被光学信息时的近红外波段的光谱亮度等众多模型参数。这意味着区域内必须有全裸地（无植被）和植被全覆盖地区（植被覆盖度C达到100%），实际上，并非所有区域满足这一条件，因此应用受到限制。

三是梯形或三角形方法。研究表明，地表温度-植被指数、反照率-植被指数、反照率-植被盖度等的散点图能够形成梯形或三角形特征空间，因而得名。因其操作简便，与其他模型结合，可以对植被蒸腾、地表通量和土壤蒸发等进行估算，但对土壤含水量的估算较少。