[发明专利]一种多通道微波辐射数据反演裸露土壤水分剖面的方法

说明书

本发明涉及微波遥感技术领域，公开了一种多通道微波辐射数据反演裸露土壤水分剖面的方法，包括根据单通道微波辐射数据反演土壤水分算法分别反演出不同通道的土壤水分；根据不同观测频率、不同观测角度的微波辐射信号穿透深度计算模型计算不同观测条件下的穿透深度；利用不同通道的土壤水分以及不同观测条件下的穿透深度计算土壤垂直剖面上不同深度层的土壤水分含量。本发明充分利用了被动微波遥感不同频率和不同角度的观测信息，根据不同观测通道的微波辐射信号对地表的穿透能力不同的特点，反演了土壤垂直剖面不同深度的土壤水分，有助于提高不同深度的被动微波遥感土壤水分产品在陆面过程模式和全球变化研究中的适用性。

技术领域

本发明涉及微波遥感技术领域，具体地涉及一种多通道微波辐射数据反演 裸露土壤水分剖面的方法。

背景技术

微波遥感对地观测技术通过测量地表微波波段电磁波的辐射或散射信号， 从而获取地表参数信息。与光学波段相比，微波波段的电磁波能够穿透云雾， 对地表的植被、土壤也具有一定的穿透能力，能够获得植被层内部和一定深度 的土壤层的信息。被动微波遥感具有数据处理流程相对简单、空间分辨率低的 特点，能够获取全球或国家等大区域尺度的数据，在植被、土壤、冻融、积雪 等参数反演中发挥了重要作用。

由于微波遥感对植被和土壤具有一定的穿透能力，因此微波遥感传感器获 取的信号是地表至某一深度土壤层信号的综合，反演得到的土壤水分等地表参 数也是一定厚度的土壤层含水量的平均值。在传统的被动微波遥感土壤水分反 演算法或产品中，主要是利用某个频率或综合利用某几个频率的观测信号进行 土壤水分的反演，结果没有考虑或是一定程度上模糊了土壤水分反演结果所代 表的土壤层的厚度。由于算法中无法确定遥感反演的土壤水分是多厚土壤层的 值，因此给被动微波遥感数据产品的处理和应用带来了诸多不确定性。

发明内容

本发明提供一种多通道微波辐射数据反演裸露土壤水分剖面的方法，从而 解决现有技术的上述问题。

本发明提供了一种多通道微波辐射数据反演裸露土壤水分剖面的方法，包 括以下步骤：

S1)利用微波辐射传输模型建立单通道微波辐射数据反演土壤水分算法， 根据所述单通道微波辐射数据反演土壤水分算法分别反演出不同通道的土壤水 分；

S2)建立不同观测频率、不同观测角度的微波辐射信号穿透深度计算模型， 根据所述不同观测频率、不同观测角度的微波辐射信号穿透深度计算模型计算 不同观测条件下的穿透深度；

S3)利用不同通道的土壤水分以及不同观测条件下的穿透深度计算土壤垂 直剖面上不同深度层的土壤水分含量，获得土壤水分剖面信息。

进一步的，在步骤S1)中，利用微波辐射传输模型建立单通道微波辐射数 据反演土壤水分算法，根据单通道微波辐射数据反演土壤水分算法分别反演出 不同通道的土壤水分，包括如下步骤：

S11)获取裸露土壤的H极化微波辐射亮温TB(f,θ)，θ表示观测角度，f表示观 测频率；

S12)获取地表温度T，根据裸露土壤的H极化微波辐射亮温TB(f,θ)和地表温 度T计算粗糙地表发射率E(f,θ)，粗糙地表发射率根据粗糙地表 发射率E(f,θ)计算粗糙地表反射率R(f,θ)，粗糙地表反射率R(f,θ)＝1-E(f,θ)；

S13)根据粗糙地表反射率R(f,θ)建立粗糙地表微波辐射模型，粗糙地表微波 辐射模型为R(f,θ)＝r(f,θ)·e^-h·cosθ，根据粗糙地表微波辐射模型计算光滑地表 反射率r(f,θ)，h为粗糙度参数，e为自然常数；

S14)建立土壤介电常数ε与光滑地表反射率r(f,θ)之间的关系式根据土壤介电常数ε与光滑地表反射率r(f,θ)之间的关系式计算 土壤介电常数