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多通道被动微波地表温度和土壤湿度一体化遥感反演研究
结题报告
批准号:
41901307
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
韩晓静
学科分类:
D0113.遥感科学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
现有的被动微波地表温度与土壤湿度独立反演互相制约,且对辅助数据依赖性高,导致反演精度低。针对这一问题,本项目充分利用被动微波多频率双极化的特性,基于微波辐射传输理论,开展地表温度和土壤湿度一体化物理反演研究。首先,将土壤、植被和大气辐射模型耦合,构建土壤-植被-大气全链路微波辐射传输模型,生成不同地表和大气条件下的被动微波模拟数据库。然后,基于被动微波模拟数据库,从微波辐射传输方程出发,充分发挥地表温度和土壤湿度在一体化反演方程中互为补充的优势,通过物理数学公式推导对方程中各项进行近似合并,构建仅与频率相关但与极化无关的方程项,进一步忽略数量级较小的方程项,有效减少方程的未知数个数。联立多通道方程,建立不依赖大气透过率、植被透过率和地表粗糙度信息的地表温度和土壤湿度一体化反演模型,实现地表温度和土壤湿度的高精度同时反演。最后,利用现有产品数据和野外测量数据对模型反演结果进行精度评价。
英文摘要
The existing land surface temperature and soil moisture separate retrieval algorithms from passive microwave observations are mutually constrained and have high dependence on auxiliary data. This leads to low retrieval accuracy. To solve this problem, this project makes full use of the advantages of passive microwave sensors which have multi-frequency and dual polarization, and aims to perform the study of land surface temperature and soil moisture simultaneous retrieval based on the passive microwave radiative transfer theory. First, the soil, vegetation and atmospheric radiative transfer models are coupled to construct a soil-vegetation-atmospheric integrated radiative transfer model. A passive microwave simulated database which considers different surface and atmospheric conditions is generated based on the integrated radiative transfer model. Then, taking full use of the complementary advantages of land surface temperature and soil moisture in the radiative transfer equation and using the passive microwave simulated database, a term that are only frequency dependent but not related to polarization is constructed and further a term with lesser magnitude is ignored through the physical mathematics formula derivation. This can reduce the number of unknowns of the radiative transfer equation effectively. Using equations from multiple frequency and dual polarization, a simultaneous retrieval model of land surface temperature and soil moisture, which is independent of atmospheric transmittance, vegetation transmittance, and surface roughness information, is constructed. This can achieve the land surface temperature and soil moisture simultaneously with high accuracy. Finally, the accuracy of retrieval results is evaluated using existing product data and field measurement.
地表温度和土壤湿度是区域和全球尺度上陆地表层生态系统中两个非常重要的物理量,两者的精确获取对与人类生产生活密切相关的诸多领域,如农业、气候等具有至关重要的作用。在前期被动微波地表温度反演研究的基础之上,本项目充分利用被动微波多频率、双极化的特性,基于被动微波辐射传输理论,构建了多通道被动微波地表温度和土壤湿度一体化物理反演模型。首先,基于辐射传输模型RTM、裸土比辐射率模型AIEM、植被模型τ-ω和大气模型MonoRTM,充分考虑自然地表土壤辐射、植被辐射、大气辐射之间的交互作用,耦合土壤、植被、大气被动微波辐射传输模型,建立土壤-植被-大气全链路被动微波模拟数据库。其次,基于被动微波辐射传输方程,通过比辐射的参数化和未知数(植被透过率和地表粗糙度)的合并,解决方程欠定问题,实现地表温度和土壤湿度的一体化求解,经验证,模型精度达到1.63K和0.063m3/m3。最后,利用AMSR-E被动微波亮温数据,利用本研究所构建的地表温度和土壤湿度一体化反演模型估算全球地表温度和土壤湿度,并利用产品数据和站点数据对反演得到的地表温度和土壤湿度进行验证,结果显示,一体化模型在中等植被覆盖情况下精度较高。.在完成本项目预定研究目标的基础之上,项目组成员还进一步探索了时空连续的高精度土壤湿度反演,并取得一定的进展。.依托本项目的研究,项目组成员发表科技论文3篇,出版专著1部,获得软件著作权2项,参加国际会议1人次。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A method for estimating spatially continuous soil moisture from the synergistic use of geostationary and polar-orbit satellite data
协同使用对地静止卫星和极轨卫星数据估算空间连续土壤湿度的方法
DOI:10.1016/j.jhydrol.2022.127590
发表时间:2022-05
期刊:Journal of Hydrology
影响因子:6.4
作者:Qiu-Yu Yan;Pei Leng;Zhao-Liang Li;Qian-Yu Liao;Fang-Cheng Zhou;Xiao-Jing Han;Jianwei Ma;Yanlong Sun;Xiaojing Zhang;Guofei Shang
通讯作者:Guofei Shang
DOI:10.1016/j.compag.2023.107673
发表时间:2023-03
期刊:Computers and Electronics in Agriculture
影响因子:8.3
作者:Pei Leng;Zhe Yang;Qiu-Yu Yan;Guo-Fei Shang;Xia Zhang;Xiao-Jing Han;Zhao-Liang Li
通讯作者:Zhao-Liang Li
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