青藏高原表层土壤湿度卫星微波遥感研究

Based on the microwave radiative transfer theory , using the brightness temperature measurements of the Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS（AMSR-E）and the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), a satellite remote sensing model suitable to the Tibetan Plateau will be established. This model will be applied to conduct soil moisture products on the Tibetan Plateau. First, based on the satellite remote sensing model for soil moisture by the applicant, the parameterization scheme of optical depth will be preserved and the parameterization scheme of surface roughness will be improved. Soil moistures will be estimated through the radiative transfer equation by iterative solutions. The soil moistures will be compared with two in-situ soil moisture reference networks to validate the reliability of the model. Finally, using the soil moisture estimates and hydrological and meteorological data，the characteristics dynamics of soil moisture over the region and the interaction relationship between the soil moisture and climate change and water resources will be explored. The research work will prove valuable for better understanding of the mechanisms of surface water change processes on the Tibetan Plateau and protecting the fragile plateau ecological environment.

基于卫星微波辐射传输理论，利用高级微波扫描辐射计(AMSR-E)和土壤湿度与海水盐度（SMOS）辐射计亮温资料，构建适用于青藏高原的表层土壤湿度遥感模型，以获得青藏高原土壤湿度遥感产品序列，研究青藏高原土壤湿度的变化特征和演变规律，探讨土壤湿度与气候及水资源的相互作用关系。首先，在申请者原有土壤湿度卫星遥感模型基础上，保持植被光学厚度参数化方案，对地表粗糙度参数化进一步改进，运用辐射传输方程对土壤湿度参数进行迭代求解，估算出土壤湿度。然后，利用野外土壤湿度观测网络资料对土壤湿度遥感产品进行验证，分析遥感模型的可靠性和误差，以提高模型的估算精度。最后，利用土壤湿度遥感产品并结合水文气象台站观测资料，研究青藏高原土壤湿度的变化特征和演变规律，揭示土壤湿度与气候和水资源的相互关系。该项目的研究对于认识青藏高原地表水分变化过程的机制和保护高原脆弱的生态环境有着重要意义。

（1）背景. 表层土壤湿度是揭示地表水分变化过程最为直接的参数，研究青藏高原土壤湿度变化， 可加深土壤湿度这一关键变量在调节水循环方面所起作用的理解，对当地和中国区域天气和气候预测、水资源管理、农牧业生产规划、灾害预警等工作至关重要。.（2）研究内容：. 1、利用AMSR-E亮温资料反演青藏高原表层土壤湿度，调试遥感模型并利用地面观测资料进行验证。. 2、应用数值模式和实际资料研究青藏高原表层土壤湿度时空分布特征，进一步揭示青藏高原土壤湿度与气候和水资源关系的变化规律。 .（3）取得的主要研究进展、重要结果、关键数据等及其科学意义或应用前景。. 1、利用AMSR-E观测的土壤表层亮温资料，反演青藏高原地区夏季2011年6-8月的表层土壤湿度。为对比验证反演结果，利用了高原东部和中部的玛曲观测网和那曲观测网CTP-SMTMN的土壤湿度观测值，以及NASA和VUA-NASA两种均基于AMSR-E的反演土壤湿度产品。结果表明：（1）VUA-NASA产品在玛曲地区表现良好，在那曲地区虽然相关系数较高，但MAE和RMSE同样较高，导致精度较差。（2）对比其他两种产品，修改后的SCA模型反演结果在两个地区表现出较高的相关系数（接近0.800）、较低的MAE（接近0.050 m3•m-3）和RMSE（接近0.060 m3•m-3），有着更高的精度。因此，可以认为修改后的SCA模型可以应用于青藏高原地区土壤湿度动态监测，为研究青藏高原地区的天气和气候变化影响及水循环过程提供了参考和借鉴。. 2、利用ＷＲＦ中尺度模式，选取青藏高原为关键区域，设计干、湿土壤湿度两组敏感试验，以探讨青藏高原土壤湿度异常对中国夏季短期区域气候产生的可能影响。结果表明：模式模拟的短期区域气候对土壤湿度十分敏感，湿土壤导致东北、内蒙古东北部以及华东地区降水增多，与此同时，全国大部分地区气温下降，且各地区表现较一致；干土壤导致西北、华北、华中以及西南除四川西部以外的地区降水减小，全国气温除华中地区以外，普遍升高。湿土壤对降水主要表现为正反馈作用，对气温表现为负反馈作用,干土壤则反之。