遥感监测土壤水分的方法
2024年12月13日 09:39:30
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土壤水分在农水管理中是十分重要的。土壤水分是农作物发芽、生长发育的基本条件。它对降水径流过程有重要影响。土壤水分也是灌溉管理和产量预报模式中的重要参量。因此，监测土壤水分一直是人们十分关注的问题。
经典的土壤水分测量方法，如称重法，中子水分探测法等，因为采样速度较慢，范围有限，因此限制了它的应用范围。在农水管理中往往需要迅速而大面积地知道土壤水分分布，这对常规方法来说是难以实现的。遥感技术可以迅速、大面积、多时相地获得地面信息。因此，研究用遥感方法监测土壤水分是十分重要而有意义的工作。但由于影响因素很多，给遥感监测土壤水分带来一定困难，因而迄今为止，还没有一种真正实用的监测土壤水分的方法，目前，在这个领域的所有工作都是实验性的，或研究性的。
为解决这个问题，人们探讨了可见一近红外、热红外及便携式土壤水分速测仪监测土壤水分的可能性。
在0.3~3.0um区段所接收的信息是反射太阳的辐射。在这个光谱区，不同类型的裸露土壤的反射率一般随波长的增加而增加，不同类型土壤的反射率也不同。对于给定的土壤类型，反射率随水分含量的增加而减少。但是不同类型土壤间的反射率差别，可能和不同土壤水分引起的差别一样大，或者更大，加上太阳高度、大气条件和表面状况等引起的误差，要定量估算土壤水分是比较困难的。
许多研究表明，确定土壤水分的红外波段遥感是相当有希望的。对于一级近似，表面温度一方面是蒸发和蒸腾之间能量平衡支出部分的函数，另一方面又是发射辐射的函数。因此，可以利用热红外遥感资料估算蒸散和土壤水分。一般热红外波段所感测的是地表很薄的一层信息，但是，也存在着估算低于表面层土壤水分的情况。这是由于表面和亚表面热特性可以用热惯量来表示，表面温度由辐射平衡和热惯量决定。
人们普遍认为微波遥感将会有效地监测土壤水分。因此，微波遥感监测土壤水分的研究引起了普遍的关注。在美国制定的用空间遥感技术进行农业和资源调查的联合计划—AgRISTARS中，专门制定了土壤水分监测计划,其主要手段即是微波遥感。在过去的10年间，在土壤水分的遥感监测方面，人们做了大量工作，发展了一些实验和理论模型，将遥感数据和气象、水文资料用模型结合起来，取得了一些结果，推进了这个领域的研究。本文以河南省境内的黄河下游平原地区为例，分析了几种遥感监测土壤水分的方法，对其优缺点及存在的问题进行了比较和评价，并结合我国国情选出了比较好的监测方法。
（1）微波遥感具有全天时、全天候、多极化和一定的穿透特性等优点，它在遥感监测土壤水分方面有广阔的应用前景。但必须对其理论模型、成像机制与极化方式、土壤水分、粗糙度和植被覆盖等的关系进行深人研究。遥感监测土壤水分的方法最终可能将由微波遥感解决。限于我国情况和航天遥感现状，还不能进入实用阶段，但对它的研究应引起人们广泛的注意，以迎接90年代中期微波遥感时代的到来。
（2）利用NoAA一AvHRR数字图像能够获得地表反射率和昼夜温差的数据来计算地表热惯量，从而用热惯量和土壤水分的关系来估算大范围的土壤水分，其方法简便易行，成本低，适合于裸地和低植被覆盖的情况，但统计模型受地区和季节的限制。因此研究热惯量与土壤水分的物理模型或实验关系是必要的。
（3）研究有植被覆盖条件下的土壤水分监测方法是非常有现实意义的。蒸散与作物缺水指数法是以能量平衡一空气动力阻力为基础的模型，它是将卫星图像与气象数据相结合来估算土壤水分的。结果表明，这种方法物理意义明确，估算精度可以接受，是目前较为可行的方法。但它取决于气象数据外推的范围，如果考虑地形的影响，对地面气象数据进行内插，将会有所改进。对于作物缺水指数与限系提取水分的关系尚需要进一步研究。
（4）绿度指数法和温差法虽然方法简单，但其精度差，物理意义不甚明确。尽管如此，亦可在非定量监测土壤水分中应用。
（5）为使遥感监侧土壤水分的方法进人实用阶段，必须建立卫星图像接收、快速处理分析及气象数据适时传输系统。
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