基于实测热红外光谱反演黄骅地区表层土壤含水量研究

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土壤水分是植物生长和发育的必要条件,也是指示土壤墒情、确定春耕生产时间及补偿灌溉管理和评价产量高低等的重要参数。对于东亚飞蝗来说,土壤含水量对飞蝗产卵地选择、蝗卵的发育和孵化等有直接影响;同时,还通过影响植被对飞蝗的蝗蝻和成虫取食、活动产生间接影响。 目前,热红外遥感监测土壤水分的方法主要有热红外法、热惯量法和温度植被指数法,它们都是基于温度与土壤含水量之间关系建立模型,而对热辐射的另一个重要参数——发射率与土壤含水量的关系的研究还非常少。 本文在辐射模型算法的基础上设计了一套简单实用的土壤发射率野外测量方法。用此方法在河北省黄骅市实地测量了不同类型土壤的发射光谱。对这些土壤光谱进行分析时发现,土壤表层覆盖严重干扰了土壤光谱信息。地表平坦、影响因素较少的自然裸地,在8-9.5μm波长范围内,土壤发射率随土壤含水量的增加而增大。 对比分析昆山和黄骅两类有机质含量不同的土壤的载玻片发射率光谱发现,有机质含量较低的土壤在reststrahlen双谷中长波谷(9-9.48μm)的发射与短波谷(8.13-8.43μm)非常接近,有机质含量高的土壤长波谷则明显要低于短波谷。同时,在8.19-8.60μm区间,有机质含量低的土壤发射率光谱增长迅速;而有机质含量高的土壤则增长缓慢。这三段正好对应于ASTER的第10、11和12波段。研究发现,有机质含量在2%以上的土壤样品,波段10/11都大于0.99,波段10/12都大于1.01。因此对于风干土壤而言,波段10/ll>0.99或波段10/12>1.01可以作为区别有机质含量高低的预滤器。 通过分析野外实测土壤发射率的光谱特征参数与含水量的关系,实测光谱在各波段的发射率值的均方差,以及发射率值与土壤含水量之间的相关系数和诊断指数,发现,波长为9.076-9.368μm的土壤发射率对含水量较为敏感,较适于反演研究区土壤含水量。利用模拟计算获得的AsTER第12波段的发射率和12波段与14波段发射率的比值与土壤含水量做回归分析,发现,b12/b14模型的精度更高,分析认为,这是因为发射率比值数据能够部分地消除土壤温度对发射率的影响。最终,建立了最适合研究区的热红外发射率土壤含水量反演线性模型。
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