【2017年整理】垦利县土壤水分含量的遥感反演.docx

摘要：本文以山东省东营市垦利县为例，采用中心波长反射率和波段平均反射率两种拟合方法，利用室外实测高光谱窄波段反射率数据模拟LandSat8卫星宽波段反射率，通过组合，建立估测模型,模型的决定系数R2为0.701，总均方根误差RMSE为2.54，相对误差RE为9.63%。操作过程首先是对遥感影像进行一系列的处理之后，再进行波段运算，之后采用比值均值订正方法对遥感影像反射率进行订正,然后，将模型应用到经过订正的LandSat8卫星影像，以此实现对研究区土壤水分含量的遥感反演。结果表明，反演后数据基本符合研究区土壤含水量的实际状况，此研究可以为垦利县土壤水分状况的快速获取提供了科学依据。关键词：垦利县；土壤水分；遥感；反演1前言1.1选题的背景土壤水分是监测土地退化与干旱的重要指标，它关系到粮食的生产、植被的长势与作物的生长状况，同时也是水文、气候、农业、生态等领域的重要参数。水是生命之源，是国计民生与社会快速发展的命脉，同时也是农业的命脉。我国的水资源十分短缺，总体上年降水量相对较低，且年内分布也不均匀。随着工农业、生活用水的不断增长，农业用水却没有增加用水量，农田水资源也影响到了农业生产与发展。土壤含水量的监测能够准确地掌握田间土壤水分的分布及未来的发展状况，确定土壤含水量可以提高农业用水的效率、节约水资源。所以土壤含水量的确定是完善灌区配水的重要技术。对于提高农业灌溉用水效率、水土资源的可持续利用，以及旱情的监测都具有重要的意义土壤水分在地表与大气间的物质和能量交换中，起着极为重要的作用，是陆地地表参数化的一个关键变量，同时也是农作物生长发育的基本条件和产量预报模型中的重要参量。1.2研究的目的和意义长期以来，土壤水分都是森林、草原和农田等生态系统研究的重要内容，尤其是在占世界陆地约 1/ 3 的干旱区和半干早区。土壤水分是研究农业干早及作物干早的重要指标，是农田灌溉管理、区域水文条件研究和流域水分平衡计算的重要参量。特别是随着水源危机日益突出 , 国内外对节水农业研究都给予高度重视，土壤含水量也就成了节水农业研究中经常测定的项目。测定方法的研究主要体现在如何快捷、准确、经济地测定土壤含水量方面，这对于及时探明土壤水分状况 , 以便适时做出科学的决策或采取合理的措施等具有重要意义。本文研究不仅为垦利县土壤水分利用与规划提供了信息参考，同时也为垦利县的可持续发展奠定了基础。2国内外遥感监测土壤含水量的研究现状2.1国外研究现状20 世纪 60 年代，在国外，采用遥感技术对土壤含水量进行监测的方法在已经开始了，到现在为止已有近 40 多年的历史，并且获得了大量的研究成果。随着遥感技术的快速发展，尤其是进入了 70 年代后，世界上遥感技术相对先进的国家都在不同程度上对土壤含水量进行了大量的研究。美国地理学家 Bowers 与Hanks 等人通过研究土壤发射和反射的光谱信息，结合这些光谱反射特性和热红外数据信息的方法，这种方法在研究土壤信息方面是可行的；Waston 与 Rowen等人开始使用地表温度日较差，经过推算提出了热惯量的模式，这就是热惯量方法的诞生，也是这种方法日后研究的理论基础。20 世纪 90 年代以后，国外在土壤含水量遥感技术方法研究取得的成就主要包括：逐渐加大了对气象卫星的研究；结合热惯量法与作物缺水指数两种方法也取得了很大的进展；另外，监测范围也从地球局部扩展到全世界，在研究方法上也开始采用模拟模式进行研究。70 年代初，在被动微波遥感领域，NASA 在亚历山大的农田进行了航空微波辐射计的飞行实验，并且观测了 0-15cm 的土壤水分分布情况。Schmugge 等人通过对大量的实验数据进行了处理分析，获得相应的实验结果：亮温与土壤的含水量之间呈正线性相关；Njoku 等人在辐射传输方程的基础上，建立亮温和土壤湿度等参数的非线性方程，然后再通过迭代与最小二乘法对方程求解，得到土壤湿度。在主动微波遥感的领域，合成孔径雷达在国际对地观测中已成为前沿技术，受到了很大的重视。利用遥感方法反演土壤水分还在气象方面受到了关注，方法与研究也越来越完善。1986 年，Carlson 等人在气象卫星资料的基础上，估计了大范围的土壤有效水分分布状况，并对热惯量进行了计算研究。90 年代到目前为止，土壤水分的遥感探测方法也取得了新的进展。2.2国内研究现状 我国开展土壤水分遥感监测的研究起步较晚，开始于 80 年代中期的“七五”期间。国内的起始研究方向与国外最初的研究是一致的，都是先从土壤表面的光谱反射特性方面进行研究，在进行计算土壤参数时大都使用热惯量法或者是作物缺水指数法。张仁华提出一个改进的热惯量模型，该模型综合概括了地表显热通量和潜热能量等影响因素，并利用改进模型来反演土壤含水量。1984年，张向前等人在航空摄影数据资料的基