土壤含水量的高光谱估测与遥感反演

土壤含水量是陆地和大气能量交换过程中的重要因子，对陆地表面蒸散、水的运移、碳循环具有很强的控制作用，是气候、生态、水文、农业等领域衡量土壤干旱水平的重要指标[1-2]。土壤水分也是研究植物水分胁迫、监测作物旱情的Z基本因子。为了提高土壤水分利用率，减少无效蒸发，节约农业用水，因此需要对土壤水分进行监测。

01 传统的土壤水分测定方法

传统的土壤水分测定方法，如取土烘干法、中子水分仪法、张力计法等均是以点测量为基础，虽然精度高，但范围有限，工作量大，已经难以满足区域性土壤含水量监测的实际需要。土壤水分模型方法通过建立水分平衡方程求解土壤水分，可提供适时的土壤水分信息，但实验需要大量相关参数，估测误差较大[3]。

02 高光谱估测与遥感反演

用遥感反演手段获取土壤含水量，具有范围大、时间分辨率高的特点，弥补了传统方法上的不足。高光谱遥感技术凭借其极高的光谱分辨率，快速获取地面土壤的反射光谱信息，为土壤水分监测提供了一种新的技术手段。因此，地面实测高光谱与多光谱遥感影像相结合，为土壤水分状况的定量反演和遥感监测提供了新的思路。

03 高光谱技术进行土壤含水量检测技术流程

图1 土壤含水量的高光谱估测与遥感反演技术流程图

04 不同含水量土壤的光谱特征

图2为不同含水量土壤的光谱特征曲线，其中波段1350nm～1450nm和1800nm～1950nm因受大气水汽吸收强烈而剔除[4]。可以看出：

（1）随着含水量的增加，土壤反射率总体呈下降趋势，这一结论与以往文献中提到的一般变化规律相同。

（2）不同土壤含水量光谱曲线总体变化比较平缓，形态上相似，基本平行。

（3）不同含水量的土壤光谱反射率表现为强度上的差异，在波长较短的部分，反射率随土壤水分增加变化迅速，而在波长较长部分，反射率变化相对平缓。

图2 不同含水量的土壤光谱曲线

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参考文献

[1]杨涛, 宫辉力, 李小娟等. 土壤水分遥感监测研究进展. 生态学报, 2010, 30(22):6264-6277.

[2]余凡，赵英时. ASAR和TM数据协同反演植被覆盖地表土壤水分的新方法．中国科学：地球科学，2011，21(3)：532-540.

[3]姚艳敏，魏娜，唐鹏钦，等. 黑土土壤水分高光谱特征及反演模型.农业工程学 报,2011,27（8）:95-100.

[4]牛宝茹，刘俊蓉，王政伟.干旱半干旱地区植被覆盖度遥感信息提取研究.武汉大学学报：信息科学版，2005,30(1)：27-30.