[发明专利]一种基于改进型MODIS植被供水指数的地表土壤含水量评估方法

说明书

本发明提供一种基于改进型MODIS植被供水指数的地表土壤含水量评估方法，深入研究植被供水指数VSWI数学表达式特性，发现分子分母变化对植被供水指数VSWI影响程度差异较大，通过提升分子敏感性、调整指数表达式结构以提高分母对指数影响，提出了一种基于改进型MODIS植被供水指数的土壤含水量评估方法‑地表水含量温度指数SWCTI。SWCTI相对于被动微波产品，空间分辨率较好，相较于主动微波时间分辨率较高。本发明方法折中了主被动微波方法的时间与空间分辨率特点，提供了较好时间与空间分辨率的地表土壤含水量估算方法。

技术领域

本发明属于遥感影像土壤含水量估算技术领域，尤其涉及一种基于改进型MODIS植被供水指数的地表土壤含水量估算方法。

背景技术

土壤含水量在全球水圈、生物圈、大气圈水分和能量转换中扮演着重要角色，直接影响着地表和大气界面的水分和能量交换，是水文模型、气候模型、生态模型以及陆面过程模型的关键输入参数，同时也是水文，农业、气候、生态等领域研究的关键性参数因子，在许多研究与应用中发挥着重要作用。提高土壤含水量监测精度对农业生产和水资源管理具有重要的意义。

几十年以来，研究人员已经提出了大量的地表土壤含水量估算方法。比如实地测量方法、基于可见光、短波红外、热红外、微波的遥感方法。实地测量方法是最传统的方法，包括土钻取土称重法、中子仪法和TDR(时域反射)法等，这些方法在单点测量时精度较高，但是由于土壤水分空间变异性较大，站点数据代表性较差，且获取成本高、极度费时、费力、昂贵等原因使得该方法难以大范围推广。遥感技术为我们提供了一种能够以较低的时间与开销成本获取较高时间分辨率与空间分辨率的土壤含水量估算工具。在遥感方式中，微波遥感是最有效的土壤含水量估算方法。微波遥感技术具有诸多优势,例如，不受光照、气候条件限制，可全天时、全天候工作、能穿透云层、对植被有一定的穿透能力。然而被动微波缺点是空间分辨率较低(20-40km)，主动微波可以提供较高空间分辨率的监测产品，但是时间分辨率相对较低(16-25天)。相对来说，MODIS提供的可见光/红外数据受大气和云影响较大，但是具有相对较高的时间和空间分辨率,并且获取方式更简单、廉价，可以作为微波遥感的一种重要补充手段。

很少有研究者报告植被覆盖度较高的条件下，使用卫星遥感监测手段进行土壤含水量估算，因为卫星电磁波(如光学/热红外、C波段)不能穿透浓密植被到达地表。因此，需要一个适用于中、高植被覆盖度的高效的土壤含水量估算方法。光学/热红外经验与物理方法在土壤含水量估算方面与站点实测土壤含水量之间具有良好的相关性，温度植被指数TVDI与植被供水指数VSWI是最具代表性的两种指数。然而，TVDI适用条件是研究区大部分区域无云，研究区域足够大(包含湿润的裸土，干燥的裸土，受水分胁迫的植被与水供应良好的植被)的情况，然而这种情况通常难以满足，并且区域范围的选择对TVDI的影响较大。相对于TVDI，植被供水指数VSWI是一种简单有效的土壤含水量估算指数,已经被证明在大多数气候类型与地表覆盖类型条件下与作物含水量、土壤含水量显著相关。然而，由于归一化植被指数NDVI在高植被覆盖区容易饱和，并且具有水胁迫滞后性，会降低VSWI监测土壤含水量的敏感度。相反，地表温度LST则对水胁迫相对敏感，然而由于比值型指数自身数学特性的限制，地表温度对指数敏感度的贡献较小。

文中涉及如下参考文献：

[1]Cai,G.,Du,M.,Liu,Y.(2011).Regional Drought Monitoring andAnalysing Using MODIS data A Case study in Yunnan Province.Ccta 2010,345(1),243–251.https://doi.org/10.1007/978-3-642-18336-2.