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土壤水分在地表与大气界面的水分和能量交换中起重要作用,是农业干旱监测、灌溉管理的重要指标,也是气候、水文、生态等领域的主要参数。遥感技术能迅速、大面积、多时相、周期性地获取地面信息,通过其监测土壤含水量,不仅对指导农业生产灌溉决策具有重要的实用价值,而且在资源与环境的监测和保护等方面也具有巨大的应用潜力。本文在对比了国内外各种土壤水分遥感反演方法的基础上,认为温度植被干旱指数(TVDI)模型能把温度信息和植被指数信息有机地结合起来,优势互补,是遥感探测土壤水分状况有效方法之一。并在此模型基础上进行了一定的改进,提出了亮温植被干旱指数(BTVDI)。
本文以2005年10月10日湖北省MODIS数据为遥感卫星信息源,以在卫星过境时段地面同步获取的土壤水分为建模和验证数据,构筑温度-植被指数特征空间,提取TVDI、BTVDI,探讨BTVDI在南方地区监测土壤水分的可靠性,取得如下结论:
1、在提取关键参数大气透过率和地表比辐射率的基础上,利用劈窗算法估算了湖北省地表温度。与地面同步实测数据比较表明,平均误差为0.51℃。
2、TVDI和BTVDI两种估算模型与10cm、20cm、50cm三个土壤深度的相关性比较表明:模型指数均与表层10cm土壤水分含量关系最密切,相关性最强,最能反映表层土壤水分状况。
3、从各土层水分含量分别与TVDI、BTVDI建立的模型精度看,在南方地区下垫面较复杂的情况下,它们最好的相关性分别为0.350、0.267。与其它在同类地区研究的结果相差不大。
4、经定量分析和实际验证,提出了在天气晴朗、大气状况比较稳定的情况下,用亮温代替地表真实温度,构筑Tb—NDVI特征空间,提取亮温植被干旱指数(BTVDI),用BTVDI估算土壤水分基本上能达到与TVDI一样的效果。