冻土微波辐射有效穿透深度研究

冻土微波辐射有效穿透深度的研究，有助于冻融判据的选择，并进一步实现利用波段辐射差异，开展冻结深度、相变水量的定量化估测，对于冰冻圈研究、多圈层耦合及全球变化研究的深入开展具有重要意义。本研究以多波段地基微波辐射计测量试验为主，结合冻土介电常数测量，以此为基础改进冻土介电常数模型，完善冻融土微波辐射模型，较为精确地确定冻结过程中不同波段微波辐射的有效穿透深度，进而分析冻结作用对不同微波波段辐射特征的影响机理，以确定对冻土发育具有最佳指示作用的波段组合以及内在的定量关系，为进一步改进星载微波辐射计冻融状态判别算法精度，开发土壤总湿度和相变水量定量化估测算法提供依据。

微波遥感是目前监测地表冻融状态和冻土参数的重要手段。利用微波波段监测地表的优势之一就是因为电磁波具有一定的穿透能力。这种能力在给我们增加了遥感对地观测信息量的同时，也增加了传感器信号的解译难度。因为，微波遥感信号不仅是地表不同地物类型的综合，还代表了地表面以下一定深度的地物信息。本研究取得的重要进展是通过车载微波辐射计试验，定性的了解影响冻土微波辐射有效穿透深度的影响因素。在此基础上，通过理论模型模拟，回归分析的方法，发展了冻土微波辐射有效穿透深度定量估算模型。该模型仅利用土壤温度、土壤质地和观测频率三个信息即可估算冻土微波辐射有效穿透深度。为了评价了该模型的精度，我们利用车载微波辐射计开展了地面精细控制试验。通过与试验数据比较，模型估算值与试验实测值吻合很好。项目中还对利用亮温谱梯度进行冻土中未动水含量的估算进行了探索性研究。研究发现，亮温梯度与未冻水含量之间有近似线性的关系。温度越低，冻土中未冻水含量越小，亮温梯度越小。提出了修正的亮温梯度，可以消除地表粗糙度对未冻水含量反演的影响。该项目的工作有利于冻融判据的选择，并进一步实现利用波段辐射差异，开展冻结深度、相变水量的定量化估测，对于冰冻圈研究、多圈层耦合及全球变化研究的深入开展具有重要意义。