土壤含水量在自然环境中有着十分重要的作用,通过对其监测可以了解测区的水文波动情况,并且土壤含水量的变化是影响生态系统对气候变化的响应的关键因素之一。对土壤含水量进行稳定且精确的测量可为该地区的水文、气候、农业和灾害防治提供重要的监测依据。常用的土壤含水量监测方法有现场采样法和电磁探针法,现场采样法虽然测量准确,但是费时费力,并且会对环境产生破坏;电磁探针由于设备的复杂性而难以适用于所有的土壤环境,并且这两种方法都只能在小范围区域内测量土壤含水量。遥感卫星虽然能获取大范围区域的土壤含水量,但是它的时间分辨率较低,并且没有地面监测数据对其测量的正确性进行验证。本文研究了基于地基GPS信噪比观测数据来反演土壤含水量的方法以及影响信噪比数据的因素,该方法可用于监测距离测站25米半径范围内的土壤含水量,对于降低数据获取的成本,减少不必要的人力,并提供长期稳定的土壤含水量监测数据有着重要的意义。本文的主要研究内容及成果具体如下:(1)介绍了利用GPS信噪比反演土壤含水量的原理。总结了多路径和信噪比的特点,并讨论了两者之间的关系,低高度角的信噪比数据受多径效应的影响较大。通过低阶多项式拟合移除直射信号而保留反射信号,并进行单位的转化,再通过L-S频谱分析和非线性最小二乘拟合计算得到相位参数,进而建立模型反演得到土壤含水量。(2)研究了相位和反射高度对土壤含水量的影响,并以两个GPS测站(p041和p038)为例,对相位和土壤含水量以及反射高度与土壤含水量的相关系数进行了比较。结果表明:相位和土壤含水量之间的相关性优于反射高度和土壤含水量之间的相关性;对于p041测站和p038测站,相位和土壤含水量之间的相关系数分别为0.808和0.702,反射高度与土壤含水量之间的相关系数分别为0.606和0.689;由于p038测站所处的位置地势平坦,植被覆盖较少,使得该测站的反射高度与土壤含水量之间的相关性比p041测站的好。(3)研究了降水、植被以及积雪等多种因素对信噪比数据的影响。由于降水引起的土壤含水量变化将导致信噪比数据的相位发生变化,并且信噪比的振幅会随土壤含水量的增加而增加;信号从植被冠层反射回去时会损失能量,从而导致信噪比的振幅降低,为了研究植被效应对信噪比的影响,采用了植被覆盖和裸露地表两种数据类型进行分析,结果表明:植被土壤振幅峰值为2.8 v/v,裸露土壤振幅峰值为2 v/v;下雪会导致反射信号的频率发生变化,可用该方法对雪深进行反演,本文使用两个不同的雪深数据,当雪深为0.53m时,反射信号强度为2.5 v/v,当雪深为0.15m时,反射信号强度接近0.15 v/v。