基于ERS和ASCAT散射计的土壤水分反演方法及干旱监测研究

为了充分发挥星载散射计数据中所包含的丰富信息，并针对我国北方地区干旱多发的问题，本项目基于ERS和ASCAT散射计数据，利用其多角度观测的特点，开展基于物理模型的地表土壤水分反演算法的研究，改进对地表散射的描述，尤其是在土壤水分估算中对粗糙度的描述，发展新的简化的反演模型，并结合可用的其他辅助数据，对植被的影响进行校正。同时，针对我国北方地区的特点，发展适用于我国北方地区的散射计土壤水分反演算法，建立近年来我国北方土壤水分时空变化数据集。分析在典型干旱事件中散射计反演的土壤水分的变化响应，并探讨土壤水分的变化与气温、降水等因素之间的关系，为提供近实时的土壤水分监测产品和干旱预警提供技术支撑。

本项目以星载主动微波传感器ERS散射计和ASCAT散射计作为数据的主要来源，分析了ERS散射计与ASCAT散射计的定标情况和数据差异，开展了基于物理模型的地表土壤水分反演算法的研究。本研究利用ERS散射计和ASCAT散射计同时具备多根天线多入射角观测的特点，按照散射计的参数设置对散射计获取的后向散射系数进行了前向模拟，在此基础上通过寻找模型中参数的变化规律，建立了相关参数之间的函数关系，改进了参数化反演模型中对地表散射的描述，尤其是改善了土壤水分反演模型中对粗糙度的描述，解决了由于散射计观测角度具有较大的动态范围带来的土壤水分反演困难，发展了新的简化的适用于裸露地表的土壤水分反演模型。在此基础上利用NDVI等辅助数据通过建立植被模型来减少植被对土壤水分反演的影响，发展了适用于我国的散射计土壤水分反演算法，建立了近年来我国土壤水分时空变化数据集。并针对我国近年来干旱事件频发的问题，在此基础上分析了近年来中国区域土壤水分在时间-空间上的变化以及在典型干旱事件中的指示作用。此外还利用收集到的风云三号微波成像仪25km土壤水分产品作为验证数据源，对基于散射计的土壤水分反演算法进行了验证，结果表明ASCAT的反演结果较风云三号微波成像仪土壤水分产品整体偏低，后者的动态范围较大，但二者均能反映土壤水分随季节和降水的合理变化，可以为大尺度的干旱监测提供数据支撑和科学依据。