【RS Notes】Rahimzadeh-Bajgiran et al. 2013 利用光學(xué)/熱紅外遙感監(jiān)測土壤水分

DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2013.06.004

思路

利用溫度-植被指數(shù)特征空間估算蒸發(fā)比(Evaporative Fraction, EF),然后利用EF和土壤水分(Soil Moisture, SM)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來估算土壤水分母谎。

研究區(qū)

加拿大草原三世衤谩(Canadian Prairies)

方法

EF的定義

E F=\frac{L E}{R_{n}-G}=\phi \frac{\Delta}{\Delta+\gamma}

其中\phi是Priestley-Taylor參數(shù)协屡,注意其與原始的P-T參數(shù)\alpha有一定區(qū)別喻频。\alpha應(yīng)用于濕潤地表托酸,而\phi可以應(yīng)用于更廣的含水量范圍演闭。

特征空間的建立

選擇T_s-T_a還是T_s不跟?

  • T_s-T_a與地表能量交換直接相關(guān),并且蒸氣壓差(VPD)近似線性米碰;但T_a的測量困難窝革,尤其是在研究區(qū)較大時(shí)。
  • T_s可以直接由遙感數(shù)據(jù)得到吕座,但其受空間異質(zhì)性的影響更大虐译,因此應(yīng)用的研究區(qū)也不能過大。
  • 還可以使用晝夜溫差\Delta T吴趴,它與熱慣量有著直接聯(lián)系漆诽。

本文考慮了三種選擇:

  1. MODIS Terra T_s-T_a
  2. MODIS Aqua T_s-T_a
  3. MODIS Aqua \Delta T

其中T_a選用了與衛(wèi)星過境時(shí)間接近的NARR 3小時(shí)平均氣溫產(chǎn)品。

然后锣枝,可以利用特征空間計(jì)算每一點(diǎn)處的\phi

\phi_{i}=\frac{T_{\max }-T_{i}}{T_{\max }-T_{\min }}\left(\phi_{\max }-\phi_{\min }\right)+\phi_{\min }

從EF估算土壤水分

Komatsu模型

\begin{aligned} & EF=1-\exp(-\theta/\theta_c) \\ & \theta_c=\theta_{c0}(1+\gamma/r_a) \end{aligned}

其中\theta是土壤體積含水量厢拭,\theta_c是土壤特征體積含水量,與土壤類型和風(fēng)速等參數(shù)有關(guān)撇叁。

Lee-Pielke模型

E F=\left\{\begin{array}{ll} \frac{1}{4}\left[1-\cos \left(\frac{\theta}{\theta_{f c}} \pi\right)\right]^{2} & \theta<\theta_{f c} \\ 1 & \theta \geqslant \theta_{f c} \end{array}\right.

其中\theta_{fc}是最大田間持水量時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤體積含水量供鸠。

結(jié)果

圖3 三種特征空間

Terra和Aqua區(qū)別不大,使用\Delta T會(huì)有明顯區(qū)別陨闹,完全植被覆蓋端的溫度差要顯著大于前兩者楞捂。

圖4 EF反演結(jié)果
圖5 與兩個(gè)理論模型的比較

討論

EF-SM經(jīng)驗(yàn)?zāi)P偷倪x擇

盡管Komatsu模型參數(shù)更多薄坏,考慮的因素更多,但Lee-Pielke模型效果更好寨闹。

特征空間的選擇

使用T_s-T_a精度優(yōu)于\Delta T胶坠,同時(shí)對(duì)遙感影像的要求也更低,因?yàn)楹笳咝枰B續(xù)兩景無云的影像鼻忠。

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