基于MODIS数据的一种土壤水分遥感监测方法研究

成熟的方法有植被供水指数法 、 距平植被指数法、
ｄｏ ｅｅ）是 地 球 观测 系 统 Ｅ Ｓ计 划 中重要 的卫 ｉｍ ｔ ｒ Ｏ
瓣 督 罾
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２０ ．
２４ ．
波长／ｕ ｍ
图 １水的光谱 吸收曲线
《 林 气 象）０ ０年 第 ２期 吉 ２１
图 ２ ＭＯ Ｉ 通道反射率（ 一７通道反射率 （ 图 Ｄ Ｓ６ Ｙ） ｘ）
型 可 以应 用于 大范 围的表层 土壤 水分 监 测 ，使 用
条件 为裸 土或植被 覆 盖较低 土地 。所 建模 型仅 需
一
次 白天 过境 的 ＭＯＤＩ 星 晴 空 资料 ，即可 完 Ｓ卫
成 对 土壤 表层 水 分含 量的监 测 ，弥补 了土壤 热惯 量方 法对遥 感 资料 要 求相 对 苛刻 的缺 陷。
基 于 ＭＯ Ｉ 数 据 的一种 土壤水分 ＤＳ 遥感监测方法研 究
王 杰 任 红玲 唐晓玲 刘 珂
（ 吉林 省 气象科 学研 究所 ， 长春 １０ ６ ） ３０２
Байду номын сангаас摘 要
热 惯量 法等 。 这些 方法 在实 际使用 中 ， 需要有 较 或 长 年代 的资 料积 累 ，如植被 供水 指数 法 和距平 植 被 指数 法 ； 或对监 测 时的天气 条件 有 较高 的要求 ，
有 学 者 研 究 了 ＭＯ Ｉ 红外 波段 （ 段 ） 土 ＤＳ中 ７波 与
土 壤水 分监测 一直 是农 业 生产服 务 的重要 项 目。 统 的土壤水 分监 测方 法 ， 传 主要 是通 过定位 采 样 来测 定 土壤含水 量 ，测定 方 法有烘 干 法 、 中子 法 、Ｄ Ｔ Ｒ法 等【 １ 。随着 遥 感 和计 算 机 技术 的发 展 ，
上 。 ＮＯ ＡＡ Ｈ Ｒ相 比 ， ＤＳ具 有更 高 的空 与 Ａ ／Ｖ Ｒ ＭＯ Ｉ 间分 辨率 、 多 波段 、 更 更高 光谱 分辨 率与 更好 的数 据 质量 ，光谱 范 围覆 盖 ０４ １ ｍ的 电磁 波谱 区 ． ４ 问 ， 有 ３ 个 波 段 。ＭＯ Ｉ 共 ６ Ｄ Ｓ每天 可获 得 同一地 区
根 据 ＭＯＤＩ 据 特 点 及 水 的 光 谱 吸 收 特 Ｓ数 性 ， 究 了 ＭＯＤＩ 研 Ｓ第 ６ ７ ３ 、 、 １波段 数 据 与 表层 土
壤 水分 含 量之 间的 关 系， 并基 于 分析 结 果 ， 选择 ６
波段 反射 率和 ３ １波段 亮温 ， 立 了吉林省 中西部 建 ｌｃ 土壤含 水 量 的双 变量反 演模 型 。 经检 验 ， Ｏｍ 模
关 键词 ： ＭＯＤＩ 数 据 ； Ｓ 土壤 水分 ； 遥感 监测
１ 引 言
分之间的关系进行了研究 ， 并建立了一些模型。 但 多数模型是基于植被指数建立的 ， 更适合于植被 覆 盖较 高地 区的干旱 监测 ， 如植被 供水 指 数模型 、 条件植被指数模型、 温度～植被指数模 型等［ ｓ ｌ 。也
接 近 日（ 即观测 日的前后 １ ２日） － 的晴空 资料 。在 星 遥 感 器 ，搭 载 在 Ｔ ｒ ｅｒ ａ和 Ａ ｕ 两 颗 卫 星 平 台 ｑａ
数据 处 理 上 ， 先 将 Ｐ Ｓ文件 进 行 预 处理 ， 到 首 Ｄ 得
ＭＯ Ｉ 据 的 ｌ 件 （ Ｈ Ｆ文 件 ） Ｄ Ｓ数 Ｂ文 即 Ｄ ；然 后 对
如热惯量法需要卫星两次过境的数据来计算地面 最高和最低温度。 有学者采用微波数据 ， 利用散射
系 数法 估算 了土壤水 分 但 是该 方法 受 地表粗糙 ， 度 、 被覆 盖度 以及数 据成本 高 的 限制 ， 用于 大 植 应 范 围监 测不 大现 实 。Ｅ ＳＭＯ Ｉ ０ ／ ＤＳ数据作 为新 的卫 星 遥感 数据 源 ， 速 被应用 于土 壤水分 的监测 。 迅 学 者们 根 据 ＭＯ Ｉ 据 的 自身 特 点 ， 其与 土壤 水 ＤＳ数 对
ＭＯ Ｉ Ｄ Ｓ的 ｌ 据 进行 大 气校 正 、太 阳高度 角 订 Ｂ数 正 和 去条纹 处理 ，将 各通 道数 据值 转 化为 反射 率
或 亮 温。 以上处 理 通过 卫星数 据 Ｄ Ｂ Ｓ广 播应 用 Ｖ —
的白天和夜间的观测资料 （ 低纬地区为 ２ ）双 天 ，
星 可达 每 天 ４次 观测 ，十分适 合农 业 干旱 监测 的
一
３ — ９
表 １ ＭＯＤＳ 数 据 与 不 同 土层 土壤 湿 度 相 关 系数 Ｉ
表 ２ ＭＯＤＩ 据 对 土 壤 湿 度 的 不 同 函 数 拟 合判 定 系数 Ｓ数
烘 干 法 。ＭＯ Ｓ数 据 为通 过卫 星 数 据 Ｄ Ｂ Ｓ广 ＤＩ Ｖ—
播 系统 接 收 的 ０级 数 据 （ Ｐ Ｓ格 式 文件 ） 即 Ｄ 。在 ＭＯ Ｉ 据 的筛 选 上 ， ＤＳ数 选用 了土 壤 湿度 观 测 日或
Ｎ Ａ ／Ｖ Ｒ数 据 应 用 最 为广 泛 ［］ 目前 比较 Ｏ ＡＡ ＨＲ ２。 － ３
关系 ， 并建立了基于 Ｍ ＤＳ Ｏ Ｉ 数据的吉林省 中西部 表 层 土壤水 分遥 感监 测模 型 。
２ 资 料和数 据 处理
２１ＭＯ Ｉ 据特 点 ． ＤＳ数
ＭＯ Ｉ （ ｏ ｅａ ｓｌｔ ｎｉ ａｉｇｓｅｔ ｒ— Ｄ Ｓ ｍ ｄｒｔ ｒ ｏ ｉ ｇ ｃ ｏａ ｅｅ ｕｏ ｍ ｎ ｐ ｒ ．
需 要 。
系统软 件完 成 。读 取 土壤 湿度 观测 站 点处及 其 周 围 与之 相 邻 的 共 ９个 像 元 的 ＭＯ Ｉ ＤＳ第 ６７通 道 、 的反射 率 和 ３ 通 道 的亮 温值 ， 与建 模及验 证 计 １ 参
壤水分 的关系 ， 并建立了模型旧 本文根据 Ｍ ＤＳ 。 Ｏ Ｉ
数 据特 点 ， 研究 了 ６７３ 波 段 与土壤 水分 之 间的 、 、１
卫星遥感数据被应用于土壤水分监测 ，实现了土 壤水分 监测 由点 到 面的空 间转 变 。气 象卫 星 以其 可大面积、 多时相获取地面信息的优势 ， 成为土壤 水 分 遥 感 监 测 的 主 要 数 据 源 ，其 中 以