《被動微波遙感反演凍土未凍水含量的機理研究》是依託北京師範大學，由趙少傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：被動微波遙感反演凍土未凍水含量的機理研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：趙少傑
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
凍土是冰凍圈的重要組分之一，對全球氣候變化及水循環具有重要意義。未凍水含量是凍土的一個重要的物理參數，對全球變化和陸面過程研究中的凍土過程參數化模型具有重要的意義。微波遙感對地表的水分具有較高的敏感性。本課題圍繞凍土的微波輻射機理展開研究，面向發展一種利用被動微波遙感反演凍土中未凍水含量的方法。本項目的研究內容包括三部分：凍土介電常數研究、凍土微波輻射特徵和機理研究以及凍土中未凍水含量的反演算法開發和驗證。本課題的創新點在於定量描述未凍水含量對凍土微波輻射的影響，從機理角度弄清楚凍土微波輻射的亮溫梯度隨溫度變化的原因。項目從實驗出發，獲取凍土微波輻射與未凍水含量的規律，結合模型和理論推導，建立凍土未凍水含量的反演算法，並在地面尺度和像元尺度進行驗證。
結題摘要
凍土是冰凍圈的重要組分之一。未凍水含量是凍土的一個重要的物理參數，對全球變化和陸面過程研究中的凍土過程參數化模型具有重要的意義。微波遙感對地表的水分具有較高的敏感性。然而目前，微波遙感主要用於定性地判別地表凍融狀態，尚不能定量地反演地表參數。本課題在研究凍土的微波輻射特徵和機理的基礎上，發展一種利用被動微波遙感反演凍土未凍水含量的方法。在本項目執行過程中，研究內容包括三部分：發展凍土和高有機質含量土壤的介電常數模型，凍土微波輻射特徵和機理研究，凍土未凍水含量、相變水量反演算法以及被動微波遙感產品降尺度研究。 在介電常數研究中，我們通過凍土介電常數的實測數據發現土壤凍結後，弛豫頻率可以認為是固定的，並據此可以計算出凍土中未凍水的介電常數，從而得到凍土的復介電常數模型。針對寒冷地區土壤有機質含量較高的特點，研究了正溫下有機質含量對土壤介電常數的影響，並建立了含有機質土壤介電常數模型。介電常數模型的建立，為地表微波輻射機理和地表參數反演研究奠定了基礎。 通過分析星載微波輻射計對凍融土的觀測數據，提出Ka和K波段的亮溫梯度可以反映土壤的未凍水含量變化，並且通過Qp模型，提出了改進的亮溫梯度來反演地表未凍水含量的方法。同時，將Qp模型引入土壤相變水量反演算法，提出了消除粗糙度影響的相變水量反演算法。兩種針對凍土的定量反演算法，能夠使得被動微波遙感為陸表過程和生態水文研究提供更多的定量化信息，對被動微波遙感產品的套用有一定的推動作用。 考慮到被動微波遙感產品的空間解析度太低，難以滿足生態水文模型需求。本研究探索了通過引入光學和熱紅外遙感產品，對土壤水分、凍融相變水量進行降尺度到1km空間解析度，取得了初步的結果。這項研究內容也提高了被動微波遙感產品的可用性。
