基于多时相Sentinel-1 SAR数据的喀斯特石漠化区地表土壤水分反演研究
投稿时间:2019-10-15  修订日期:2020-08-19  点此下载全文
引用本文:陈全,周忠发,王玲玉,但雨生,汤云涛.基于多时相Sentinel-1 SAR数据的喀斯特石漠化区地表土壤水分反演研究[J].红外与毫米波学报,2020,39(5):628~636].CHEN Quan,ZHOU Zhong-Fa,WANG Ling-Yu,DAN Yu-Sheng,TANG Yun-Tao.Surface soil moisture retrieval using multi-temporal Sentinel-1 SAR data in karst rocky desertification area[J].J.Infrared Millim.Waves,2020,39(5):628~636.]
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陈全 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州 贵阳 550001
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州 贵阳 550001
国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州 贵阳 550001 
cnqu123@163.com 
周忠发 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州 贵阳 550001
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州 贵阳 550001
国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州 贵阳 550001 
fa6897@163.com 
王玲玉 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州 贵阳 550001
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州 贵阳 550001
国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州 贵阳 550001 
 
但雨生 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州 贵阳 550001
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州 贵阳 550001
国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州 贵阳 550001 
 
汤云涛 贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州 贵阳 550001
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州 贵阳 550001
国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵州 贵阳 550001 
 
基金项目:国家自然科学基金地区项目(41661088);贵州省科技计划项目(黔科合平台人才[2017]5726-57);贵州省高层次创新型人才培养计划—“百”层次人才(黔科合平台人才〔2016〕5674)
中文摘要:土壤水分是地球表层水循环、能量循环和生物地球化学循环中的重要组成部分,是研究喀斯特石漠化地区生态系统的关键参数。基于多时相的Sentinel-1 SAR数据与Alpha 近似模型构建土壤水分观测方程组,反演喀斯特石漠化地区地表土壤水分并对其时空变化特征及误差影响因素展开分析。研究发现观测周期内区域土壤水分总体变化趋势与降雨量变化趋势高度一致,石漠化地区土壤水分高值与空间异质性程度明显高于非石漠化地区。精度验证结果显示土壤水分反演结果的均方根误差为0.059 cm3/cm3,平均误差为0.026 cm3/cm3,该方法在区域地表土壤水分反演中表现出一定的适用性,分析认为地表土壤因周边的复杂生境条件产生的混合像元问题是导致反演误差的主要影响因素。研究可为利用短时间周期重复遥感观测方法获取复杂山区环境下的土壤水分提供参考,为喀斯特石漠化地区生态系统修复和生态产业发展提供支撑。
中文关键词:土壤水分  合成孔径雷达  多时相  反演  喀斯特石漠化
 
Surface soil moisture retrieval using multi-temporal Sentinel-1 SAR data in karst rocky desertification area
Abstract:Soil moisture is the core component that links the earth"s surface water cycle, energy cycle and biogeochemical cycle, and it is also the key parameter to study the ecosystem in karst rocky desertification area. The aim of this study was to retrieve the soil moisture with multi-temporal Sentinel-1 C-band SAR data and observation equations were constructed by using the Alpha approximation model over karst rocky desertification area. The spatial and temporal variation characteristics and the error influencing factors of the soil moisture retrieval results were analyzed. It is found that the overall change trend of soil moisture in the observation period is highly consistent with the trend of rainfall change. The maximum value of soil moisture and the degree of spatial heterogeneity in karst rocky desertification area is significantly higher than those in non-rocky desertification area. The results were validated using ground measurements of one acquisition date, with root mean squared error (RMSE) value of 0.059 cm3/cm3 and mean bias value of 0.026 cm3/cm3. The method of retrieval of soil moisture by Alpha approximate model is applicable to karst rocky desertification area, the mixed pixel problem caused by the surrounding complex habitat conditions of the surface soil is the main influencing factor of inversion error. These results can provide reference to obtaining soil moisture under mountain complex environment by multi-temporal observation method, and provide support for ecosystem restoration and ecological industry development in karst rocky desertification area.
keywords:soil moisture  synthetic aperture radar  multi-temporal  inversion  karst rocky desertification
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