基于AMSR-E和MODIS數(shù)據(jù)融合的土壤水分反演——以淮河流域為例.pdf

1、作為全球能量平衡的一個關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)，土壤水分是全球水循環(huán)的重要組成部分。利用土壤水分監(jiān)測旱災、洪澇等極端災害已成為當今學術(shù)界的前沿課題。傳統(tǒng)的土壤水分監(jiān)測是基于點的實地測量，這種方法雖然精度較高，但是會耗費巨大的費用和很長的時間，無法滿足大尺度、長時間段、實時動態(tài)監(jiān)測。隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，使用遙感技術(shù)(RS)手段監(jiān)測土壤水分已成為國內(nèi)外研究的熱點。目前使用單一遙感數(shù)據(jù)基本能反演土壤水分，但在反演效果和精度上還有待提高，特殊情況下造成

2、的數(shù)據(jù)缺失，或受天氣影響下，反演精度更低。多源遙感數(shù)據(jù)融合是來自數(shù)據(jù)源（不同傳感器）的遙感影像數(shù)據(jù)源所提供的信息加以綜合，以獲取高質(zhì)量的信息。本文以淮河流域為研究區(qū)，收集2006-2010年具有全天時、全天候、對地表有一定穿透性等特性的微波遙感AMSR-E數(shù)據(jù)與能反映地表溫度以及地表面狀況等特征的中分辨率成像光譜儀MODIS數(shù)據(jù)，在MATLAB工作環(huán)境中采用小波融合的手段，將其融合。從時間和空間上分板了融合反演數(shù)據(jù)與源數(shù)據(jù)、實測土壤水分

3、和降水數(shù)據(jù)的相關(guān)性，初步得到以下結(jié)論:
　　1、AMSR-E五個不同頻率數(shù)據(jù)(Tb6.9、Tb10.7、Tb18.7、Tb36.5、Tb89.0)和MODIS兩種產(chǎn)品數(shù)據(jù)，即:MOD11A2、MOD13A2，在淮河流域土壤水分的反演中，Tb6.9數(shù)據(jù)（即頻率為6.9GHz）與實測數(shù)據(jù)的相關(guān)性最高，反演效果最好，主要是由于Tb6.9頻率穿透力強、抗無線電干擾能力強。
　　2、基于小波變換的AMSR-E與MODIS數(shù)據(jù)融合的土壤

4、水分反演效果明顯優(yōu)于單一遙感數(shù)據(jù)反演土壤水分的效果。
　　3、基于MODIS和AMSR-E融合的數(shù)據(jù)在每年季節(jié)交替時對土壤水分變化情況比較敏感，特別是春季、夏季和秋季。Tb6.9 SM數(shù)據(jù)隨累計降雨數(shù)據(jù)大小的變化而變化，這主要是由于AMSR-E數(shù)據(jù)是對地表1em-2em土壤水分的反演，而1cm-2cm的土壤水分對大氣降水反應靈敏。在降水量變化時間序列方面，Tb6.9 SM數(shù)據(jù)有一定的優(yōu)勢，但其還不能成為判定研究區(qū)土壤水分情況的唯一

5、依據(jù)。在反演土壤水分變化時，Tb6.9 SM走勢上過于平緩，而基于AMSR-E和MODIS融合的數(shù)據(jù)更能接近實測數(shù)據(jù)，融合反演效果更好，主要是MODIS數(shù)據(jù)反演深層土壤水分效果要優(yōu)于AMSR-E數(shù)據(jù)。
　　4、研究區(qū)融合數(shù)據(jù)反演出的土壤水分值精度不同。從時間序列上看，反演精度較高的是2009年春季和2010年的春季和冬季;從空間序列上看，反演精度較高的是駐馬店和亳州，反演精度最差的是淮陰和商丘。研究發(fā)現(xiàn)反演精度存在差異的原因主要是

6、:部分AMSR-E或MODIS數(shù)據(jù)缺失，導致反演精度降低;地形因子，植被覆蓋度和降水等因素造成了遙感數(shù)據(jù)對實際土壤水分反演的不確定性。
　　本研究以淮河流域為研究區(qū)，利用AMSR-E和MODIS數(shù)據(jù)的融合反演的土壤水分效果比傳統(tǒng)的單一源數(shù)據(jù)反演的效果好，也說明多元遙感數(shù)據(jù)融合對干旱監(jiān)測具有良好的使用價值與應用前景，但通過試驗發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合質(zhì)量受源數(shù)據(jù)的分辨率、研究區(qū)地形因子、天氣等影響。如能加入地形因子、選用分辨率更高的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行