土壤水分遥感监测研究探讨

ECOLOGY 区域治理
作者简介：曾 凯，生于1984年，本科，工程师，研究方向为环境监测。

土壤水分遥感监测研究探讨
韶关市环境监测中心站 曾凯，朱业玲
摘要：土壤水分变化可显著改变土壤性质进而影响土壤重金属有效性，在农业生产中通过适当的水分管理措施能够降低重金属的有效性从而缓解重金属毒害作用，因此做好土壤水分监测工作非常重要。

但传统的土壤水分监测会受限于采样点，影响监测结果的真实性、准确性和有效性。

而遥感技术能够有效获取地表特征信息，进而掌握区域土壤水分。

本文对土壤水分遥感监测常用方法给予了介绍，并探究了土壤水分遥感监测关键技术，这样既可以充分发挥遥感监测的优势，而且还可以提高土壤水分监测结果的准确性。

关键词：土壤水分；遥感监测；技术中图分类号：P237
文献标识码：A
文章编号：2096-4595（2020）49-0082-0002
工业“三废”排放和农药化肥的不合理使用，都会导致重金属进入土壤中，引起土壤重金属污染。

重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上取决于其化学形态。

而降雨、蒸发和植物蒸腾及农业生产灌溉和排水等都可能导致土壤水分变化，影响土壤的物理、化学与生物性质，从而间接影响重金属在土壤固-液两相的分配，进而影响重金属的有效性。

因此，为了解区域土壤重金属有效性污染，指导农业污染防治，对土壤进行水分监测研究就显得尤为关键。

然而，大面积土壤水分（土壤湿度、干旱）实时监测难度比较大，常规土壤水分监测中，测点少，缺乏代表性，而且费时、费力，不能进行大面积土壤水分动态监测，从而导致监测结果不理想。

而遥感技术既能够开展大面积土壤水分监测，而且还可以确保监测结果的准确性。

一、土壤水分遥感监测常用方法（一）可见光-近红外遥感
通常情况下，可见光-近红外遥感主要是借助植物和土壤的反射光谱信息来对土壤水分进行快速测定。

在土壤水分监测中，光学遥感主要有植被指数和反射率，绝大多数植被信息被包含在近红和红波段，此时通过对这两个波段的植被指数进行研究就可以对土壤水分情况进行反映。

在植被生长过程中，植被指数将会发生变化，其与土壤水分具备密切的相关性。

在土壤水分监测中，植被条件指数（VCI）和距平植被指数（AVI）是比较常见的植被指数，其中AVI 是以多年某一时间段平均的归一化植被指数（NDVI）为背景值，同时用当年同一时间段NDVI 值减去背景值就可以获得被指数的距平。

因此，AVI 的计算公式如下：
式中：AVI 表示的是距平植被指数；NDVI i 表示的是多年某一时间段平均的归一
化植被指数；表示同一时段研究区归一
化植被指数的多年平均值。

实际上，如果AVI ＞0，则说明植被比一般年份生长情况好，称为正距平；反之如果AVI ＜0，则说明植被比一般年份生长情况差，称为负距平。

VCI 是Kogan 通过对NOAA/AVHRR 遥感数
据在进行多年研究的基础上提出的，其计算公式如下：
式中
:VCI 表示的是条件植被指数；表示的是多年某一时间段平均的归一化植被指数；
分别表示多年同一时
段经平滑处理后所得到的归一化植被指数的
最大、最小值。

实际上，在对区域干旱进行估算时，
与其他动态监测方法（如降水量和NDVI）相比较，VCI 更为有效和真实。

（二）热红外遥感
在土壤水分监测过程中，热红外遥感主要是借助在土壤水分含量不同情况下土壤自身发射率之间所具备的差异性，通过对热红外信息进行记录，对地表参数进行反演后对土壤水分含量进行计算。

在热红外遥感监测土壤水分过程中，常见的应用方法如下：（1）作物水分胁迫指数。

其主要是借助热红外遥感和气象资料来对作物覆盖条件下土壤水分进行反演；（2）土壤热惯量。

土壤热导率、热容量和热扩散率是常见的土壤热性质，将会对土壤温度变化产生影响，其中土壤热惯量主要是在土壤热传导率和热容量的基础上构建的土壤热特性计算模型。

该模型主要是因为水分具有较大的热容量和热传导率这一物理特点，当土壤中水分含量较高时，将会具备较大的热惯量。

实际上，光学遥感
影像能够对地表温度日变化进行监测，进而对土壤热惯量进行计算，以实现对土壤水分
的有效监测。

（3）水分亏缺指数。

在植被稀疏时，为了解决作物水分胁迫指数反演效果不理想的现象，Moran 等通过研究提出了水分亏缺指数，其一般是指在对植被指数考虑的同时，将其与土壤-植被所具有的混合温度结合在一起，通过能量平衡双层模型就可以将作物水分胁迫指数扩展到植被覆盖状况下，进而达到预期的监测目的。

实际上，水分亏缺指数主要是以空气温度和地面温度之差作为横坐标，以植被指数作为纵坐标，以此生成具有梯形特征空间的散点图，进而
对土壤相对含水量进行估算。

（三）微波遥感
借助微波遥感可以对土壤水分进行反演，其主要是借助土壤介电特性来实现的，即土壤水分会对土壤介电特性产生一定的影响，而且土壤介电特性会对土壤的微波辐射或反射产生影响，此时就可以借助微波遥感来构建土壤微波辐射与土壤介电常数间的关系，并通过介电常数模型计算出土壤水分含量。

目前，在微波遥感反演土壤水分过程中，被动微波遥感、主动微波遥感以及两者融合是常见的方法，其中主动微波遥感中所选择的传感器是雷达，通过构建土壤水分与微波后向散射系数的关系，来监测土壤水分含量。

实际上，与主动微波遥感进行对比可以发现，被动微波遥感具有比较长的发展历史，所采用的算法更为成熟，因此在土壤水分监测中得到了广泛应用。

此外，主动和被动微波遥感联合在一起，既可以提高土壤水分的空间分辨率，而且还可以提高土壤水分的反演精度。

二、土壤水分遥感监测关键技术（一）数据源的选取
如今，在土壤水分监测中，常用的区域卫星数据有EOS/MODIS、NOAA/AVHRR、FY-3A/3B 等中、低分辨率数据，其所具有的重
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中，应当完成相关节能效果的合理操作安排，综合地让其能够符合具体的要求，在具体的建设施工当中应当按照实际的要求来完成整体的布置，保证施工设计可以通过审核，同时各种建设施工步骤都要按照设计的要求来完成工作，全面保证建设施工能够符合具体的要求，有效提升实际的施工建设质量。

四、总结
在当前的施工监理过程中，为了能够更好地提升建筑施工的整体效果，在具体开展上应当完成监督工作的具体操作。

监理单位需要高度重视自我的建设内容，整个过程中需要加强对于监理人员的教育培训，在具体
实施和开展上应当加强建筑节能工作的检查内容设计和安排，针对目前的建筑物保温系统设计来说，在实际的工作开展过程中应当确保推进具有良好的节奏性和持续性，这些都能够保证其符合真正的可持续发展原则。

而在建筑保温节能工作的实施开展过程中，应当切实地关注建筑物的能耗，从多个角度入手来完成问题的整体处理，并且由于当前的监理工作不到位，最终会导致资源出现较为严重的损耗，因此在具体的开展过程中更好地实施监理工作，能够完成对各种问题的整体剞劂，提升建筑的实际建设效果，最大限度地满足其具体的建设施工需求。

参考文献
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访周期一般在1至2天左右，加之设备故障、天气条件等因素的影响，将会出现数据质量低下、数据缺失等问题。

同时，单一卫星遥感数据不能完成土壤水分遥感监测工作，此时就需要从实际出发来对数据源给予科学、合理的选取，借鉴多源卫星遥感数据优势，创新多源卫星数据融合、尺度转换和标准化技术，以此来确保土壤水分遥感监测结果的准确性。

（二）监测模型的选择
实际上，不同地区的温度植被指数、土
壤热惯量、蒸散强度都具有比较大的差别，这就使得不同气候、不同作物、不同土壤情况下，土壤水分监测参数和模型也不尽相同。

为了确保土壤水分遥感监测结果的真实性和准确性，则需要根据作物关键需水期、不同生育期进行植被分区，以土层含水量、作物类型、降水蒸发量、相对土壤湿度、田间持水量和土壤质地等指标来构建监测模型。

例如，
特征空间模型就引入了经验参数化手段，选择了地表温度(LST)、叶面积指数(LAI)、归一化植被指数(NDVI)等参数来构建特征空间模型（如图1），其能对土壤水分进行有效监测，并反映土壤水分程度和干旱程度。

（三）精度验证
如今，传统土壤水分遥感监测基本上无法在像元级进行验证，而现有国内外土壤水分反演精度验证基本上是借助土壤地面实验的同期遥感反演结果与单点实测数据进行对比来分析遥感监测结果的准确性，该过程是在假设下垫面均匀，但是如果研究区下垫面和气象因子非均一，将会导致点上的数据不具备代表性，从而导致精度验证不理想。

为了确保精度验证结果的准确性，则需要做
好以下两方面的工作：（1）结合不同作物区域特点来合理设置地面实验点，以此来确保单点验证方式的精度；（2）建遥感“面”数据与地面“点”数据精度验证及尺度转换的技术方法体系。

三、结束语
综上所述，在土壤水分监测过程中，随着遥感监测技术的发展，要从实际出发来选择遥感监测方法，并做好数据源的选取、监测模型的选择、精度验证等工作，以此来提高土壤水分遥感监测结果的准确性。

参考文献
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图1 LST/NDVI 特征空间
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规划，同时要融入生态设计理念，这样才能够让土地整治生态保护功能得到充分地发挥[4]。

（三）提高生态环境保护认识
在当前的背景之上，为了能够做好生态环境改善工作，需要相关人员具备土地整治相关意识，尤其是在土地整治工作开展的过程当中，要融入环境保护思想理念，切实保障将环保工作能够放在首要的位置。

为了切实的保障环保工作可以得到贯彻和落实，需要针对有关人士加强环境保护教育工作。

在环境保护教育的过程当中，要定期举办各种环保讲座，通过优化施工工艺、采取新技术
等方式，切实改善工程施工操作。

注重经济发展的同时，促进社会生态环境的改善。

另外，如果一旦遇到自然灾害导致生态环境稳定性受到严重破坏，也需要采取合理及科学措施，停止施工操作，并且要实现全面的整改[5]。

三、结语
综上所述，在当前土地整治工作开展的过程当中，要求相关人士能够采取合理及科学的措施，要通过土地整治工作促使土地资源利用效率得到进一步提升。

与此同时，需要相关人士能够尽可能实现生态环境和经济发展之间平衡，要在保障生态基础之上促进经济发展，同时，要实现土地资源持续性利用。

参考文献
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