《基於中長波紅外光譜偏振信息的土壤含水量反演研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由孫曉兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於中長波紅外光譜偏振信息的土壤含水量反演研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫曉兵
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以裸土和低植被覆蓋度含水土壤的中波紅外和長波紅外光譜偏振特性及其變化為研究對象，在分析含水土壤中波紅外和長波紅外偏振機理的基礎上，利用傅立葉變換紅外光譜偏振計開展含水土壤的紅外光譜偏振試驗。通過紅外光譜偏振數據處理分析，並結合含水土壤的計算機紅外偏振仿真研究，構建含水土壤紅外光譜偏振特性實驗統計模型。多次重複含水土壤的紅外偏振試驗，利用紅外偏振特性反演土壤含水量，與現場實測土壤含水量對比，檢驗基於紅外光譜偏振信息反演土壤含水量的真實性，並最佳化模型參數。.本項目將紅外遙感與偏振測量學相結合，還將利用積累的土壤濕度可見光偏振測量研究結果，與含水土壤紅外偏振特性進行比較分析，評估土壤含水量紅外光譜偏振反演精度和最優紅外偏振波段。力求在基於紅外測溫和熱慣量方法監測土壤含水量基礎上，發展土壤含水量反演新方法，提高土壤水分遙感監測精度，使得紅外偏振技術套用於農業遙感，特別是土壤水分遙感監測領域。
結題摘要
本項目考慮偏振大氣視窗，在中波紅外和長波紅外波段，系統研究了不同含水等級土壤樣品的紅外偏振特性及其紅外偏振遙感反演方法。討論了含水土壤的中波紅外和長波紅外偏振特性及變化的物理機理，在長波紅外波段採用Fessenkov方法進行含水土壤偏振探測研究，在中波紅外波段分析了採用偏振差分亮度和偏振度參數表征不同含水等級土壤樣品偏振特性及其變化的意義。改造完成了傅立葉變換紅外偏振光譜儀探測系統，發展了紅外偏振定標方法，實施了偏振輻射定標研究。設計了含水土壤紅外偏振實驗方案。編制了定標和含水土壤紅外偏振特性處理分析軟體。開展了含水土壤樣品的實驗室和外場紅外光譜偏振探測實驗，討論了含水土壤紅外偏振特性與波數、觀測天頂角和含水量之間的相關關係。以黃棕壤為例，長波紅外相對於可見光波段，其偏振度一般都比較小，在不同觀測角度上的偏振度基本低於11％。當土壤含水量小於10％時，土壤樣品的長波紅外偏振特徵不明顯，偏振度小於2％，且波數選擇性較差。當土壤含水量超過17％直至接近飽和時，樣品紅外偏振度隨著觀測天頂角和波數的增加而逐漸增加的趨勢相同，增加幅度更加明顯。在土壤含水量較大時，含水量相同的土壤，隨著觀測天頂角的增加，偏振度有增加的趨勢。當含水量接近飽和時，在不同波數，不同觀測天頂角時的紅外偏振度區分非常明顯。研究了中波紅外土壤含水量不同的樣品光譜偏振反射和熱輻射能量分布及其變化規律。通過不同含水量等級的土壤樣品光譜偏振特性分析，得到偏振差分亮度參數表征含水土壤表面反射和熱輻射機制偏振特性的有效性，結合偏振度參數，完成了對不同土壤含水量樣品偏振特性的定量分析。在太陽光主平面內，當以50°～60°角度入射時，鏡面反射方向的含水土壤表面光譜偏振特性較明顯。在2200波數~2400波數範圍，太陽輻射被大氣吸收，天空背景入射至土壤後反射能量很弱，不宜用作對含水土壤的偏振特性研究。2000波數～2200波數範圍，此波段具有一定的偏振敏感性，可以用作對土壤含水量的偏振特性研究，但是其對於土壤含水量的區分度沒有2400波數～3000波數範圍明顯。根據2400波數~3000波數範圍的偏振度與土壤含水量之間具有的單調遞增關係，擬合了土壤含水量與其偏振度的相關關係模型，滿足了基於紅外偏振信息反演土壤含水量的需要。
