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微波遙感監測土壤濕度的原理和方法選取

來源：　類別：技術文章　更新時間：2013-01-15　閱讀次

　　土壤濕度是作物生長發育的基本條件和作物產量預報的重要參數。同時，它也是水文學、氣象學等科學研究領域的重要環境因子和過程參數，因此對于土壤濕度的研究具有重要意義。目前，在眾多的遙感土壤濕度監測方法中，除了應用已經比較成熟的土壤溫濕度記錄儀等檢測儀器外，利用微波監測土壤濕度是研究的重點。因為微波對云層有較強的穿透能力，不受光照條件限制，能夠全天候工作，且長波段微波能夠穿透植被并對土壤具有一定的穿透能力，與土壤濕度和介電常數密切相關，這些特點使得微波遙感在土壤濕度監測中具有其獨特的優越性，在該領域內占有重要的地位。
　　微波遙感監測土壤濕度的基本原理
　　微波遙感就是利用傳感器接收地面各地物發射或反射的微波信號，提取和分析有用信息。在土壤濕度遙感監測中微波對水分反應敏感，使其成為對土壤含水量遙感監測非常有效的一種手段。利用微波遙感數據監測土壤濕度包含兩種方式：被動微波遙感法和主動微波遙感法。探測原理都根據水、土的介電常數差異顯著。被動和主動兩種方法的不同點在于它們手段的特點和它們對目標特征傳感器不同。被動式的傳感器依靠接收地面物體自身輻射的微波，如微波輻射計、微波散射計等，通過測量土壤亮溫來估測土壤濕度，土壤亮溫由土壤介電常數和土壤溫度決定，介電常數又和溫度與土壤濕度有關，因此可以通過土壤亮溫反演土壤濕度；主動式由傳感器發射微波波束再接收由地面物體反射或散射回來的回波，如側視雷達，它測量土壤的后向散射系數，土壤后向散射系數主要由介電常數和土壤粗糙度決定，介電常數由土壤濕度決定，因此可以利用雷達較好地反演土壤濕度。
　　微波遙感土壤濕度監測方法的選取
　　在對一個地區進行土壤濕度微波遙感監測的過程中，要選取合適的微波輻射或散射模型，這需要對實地具體情況進行一定程度的了解，才可能獲得精度較高的結果，如是否裸露地，若不是，植被的種類、特點等信息。在對主、被動的比較中，總體來講，主動微波法已經成為監測土壤濕度的主要途徑，具有更大的潛力，尤其是較小范圍的區域，應用雷達監測已經變得越來越廣泛。那么，除選取合適的散射模型作為計算方法外，雷達自身的一些參數也至關重要，依據土壤的粗糙度和植被灌層結構等特點選取最佳的入射角度和極化方式來反演土壤濕度。也可結合土壤模型和介電常數模型等更準確的表達土壤信息。
　　微波遙感土壤濕度反演已有30年的歷史，已經能夠成功運用到土壤墑情監測系統中去，協助土壤墑情的監測工作，目前該反演方法仍是研究的重點和熱點。
　　被動微波遙感監測土壤濕度的研究和應用已有較為成熟的技術和模型。被動微波遙感影像的空間分辨率相對較低，適用于研究大范圍區域，但要實現實用的全球化土壤濕度反演還有一段距離，而且植被和地表粗糙度對土壤濕度反演的影響仍未得到根本解決，需要繼續深入研究。近些年來，隨著星載被動微波遙感的研究和快速發展，被動微波土壤濕度反演正迅速向高時空分辨率的全球化邁進。
　　主動微波土壤濕度反演相對于被動微波土壤濕度反演來說仍然處于起步階段，主動微波遙感的信號強，影像的空間分辨率高等優點彌補了被動微波遙感監測土壤濕度的不足，很快就成為監測土壤濕度多種方法中的主力軍。然而，它受到地表粗糙度和植被的影響更大，為了克服這一缺陷，專家學者們對雷達土壤濕度的模型和參數做了許多研究，取得了一定的成果。目前成像雷達系統正向著多波段，多極化、多模式，全極化、干涉測量、多參數全極化干涉的方向發展，主動微波遙感土壤濕度的研究將受到更廣泛的重視。
　　航天、航空事業的發展為微波遙感帶來更多更好的支持平臺，微波遙感獲取地表信息的能力越來越強，獲取的信息越來越多，越來越全面。同時數據處理方法和手段也日趨完善，這都使得微波遙感監測土壤濕度具有越來越寬廣的應用前景。