《被動微波土壤水分頻譜降尺度方法研究》是依託北方工業大學，由王安琪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：被動微波土壤水分頻譜降尺度方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王安琪
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水文、農業等領域迫切需要大範圍、中高解析度的土壤水分數據，但低空間解析度被動微波土壤水分數據很難滿足套用需求。項目立足於FY3被動微波土壤水分產品 (25km)，選用MODIS光學/熱紅外數據(1km)從頻域角度對其進行尺度分解：首先利用歸一化半方差函式挖掘土壤水分的空間尺度特性，建立半方差理論描述模型；基於“半方差函式-功率譜密度-幅度”的理論形式實現尺度模型從“空間域”到“頻域”的轉變；然後利用NDVI閾值分類方法確立不同地表類型，在NDVI-Ts特徵空間基礎上引入地表反照率，探討不同地表覆蓋下尺度因子的優選；融合時間維信息，構建精度更高且可在時間上進行擴展的多維土壤水分關係回響矩陣；最後從頻率角度實現了FY3土壤水分數據的尺度分解，並引入紋理特徵分析方法從空間特徵保持能力對結果進行評價。項目成果可有效提升FY3被動微波土壤水分數據的空間解析度，其成果可直接服務於地理國情監測。
結題摘要
土壤水分是陸地植物及其他土壤生物賴以生存的物質基礎，土壤水分信息的獲取對全球氣候模式預報，農作物估產以及環境災害監測起著重要的作用。利用被動微波遙感反演土壤水分是當前監測土壤含水量最有效的手段之一，但是被動微波遙感土壤水分產品空間解析度較低，一般只適用於大尺度研究，為了滿足生產與科學研究中對不同空間解析度土壤水分產品的需求，需要對現有的土壤水分產品降尺度。 針對上述問題，項目首先針對現有頻譜降尺度方法對土壤水分頻譜特性分析不足的問題，以青藏高原中東部地區為研究區，結合多源、多尺度土壤水分數據，引入地統計學的半方差函式工具挖掘土壤水分的空間變異規律，在此基礎上，推導土壤水分圖像頻域內幅度信息與空間頻率的關係，完善土壤水分頻譜降尺度方法的理論基礎，並獲取待求高解析度土壤水分圖像的振幅信息。其次，根據能量平衡和遙感蒸散原理，利用MODIS光學數據作為輔助數據，套用地理加權回歸的方法改進多元線性回歸方法，建立NDVI、LST、Albedo等因子對土壤水分的回響機制，並推廣到高解析度數據尺度下，獲取待求高解析度土壤水分圖像的相位信息。最後，套用上述頻譜降尺度方法將FY3B土壤水分產品從25km降尺度至1km，並利用地面實測土壤水分數據對降尺度結果進行了評價。與FY3B原始土壤水分產品相比：1）頻譜降尺度結果具有更好的R2和RMSE 2）頻譜降尺度結果具有更加清晰和豐富的細節分布信息。同時課題組將該頻譜降尺度方法推廣套用到我國的農業大省-河南省以驗證頻譜降尺度方法在其他典型農業區的適用性。結果表明頻譜降尺度結果與FY3B原始土壤水分數據與實際季節變化引起的土壤水分變化相吻合，具有更加豐富的細節分部信息。 綜上，頻譜降尺度方法在降尺度過程中考慮了物理機制，簡單易行，能夠有效提高目前被動微波土壤水分產品的空間解析度和精度。
