一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法技术

一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法，本发明专利技术涉及一种地表盐渍土含盐量的监测方法。本发明专利技术解决了植被影响盐渍土壤卫星反演的精度问题。方法：准备研究区域的雷达影像和光学卫星影像，并获取卫星参数，反演植被含水量，模拟盐渍土壤的复介电常数。将复介电常数输入改进积分方程模型模拟裸露盐渍土壤雷达影像后向散射系数，然后构建水云模型，将模拟裸土后向散射系数作为水云模型底层土壤参量，耦合介电常数模型、AIEM模型和水云模型，建立遥感反演植被覆盖下盐渍土壤含盐量的正演模型，通过最优化查找表法反演植被覆盖下的盐渍土壤含盐量。本发明专利技术量化植被散射对植被覆盖下的盐渍土壤总体后向散射的贡献，反演的精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法
本专利技术涉及一种地表盐渍土含盐量的监测方法。
技术介绍
盐碱地是一种动态发育的土壤类型，及时掌握盐渍土壤的性质、范围、分布状态和含盐量等方面的信息，是改良和治理盐碱地，防止土地进一步退化的重要前提。在过去的几十年里，卫星遥感已经展现出了它在监测盐渍土方面的有效性。但是土壤盐渍化退化区域大多出现在农耕放牧地区和滨海地区，区域内往往生长有大量耐碱性植物如碱蓬、碱茅、芦苇等。通常来说，植被的覆盖情况可以作为土壤盐渍化的指示，随着盐渍化程度的加重，植被覆盖比例越低。然而，对于一些耐碱性植物来说，适当的盐分累积反而更有利于其生长发育，仅以植被覆盖为指示所进行的盐渍化程度监测往往具有较大误差。此外，当前众多学者利用遥感手段对土壤盐渍化的监测基本都处于针对裸露或稀疏植被覆盖的土壤盐渍化监测上，以至于对正在退化中的草场或者被耐盐植物覆盖的盐渍化区域监测不足，对盐渍土的改良复垦指示作用不佳。因此，有效的去除植被对卫星反演的影响对盐渍土壤监测至关重要。当前，众多的学者提出了不同的光学植被指数来描述植被的光谱信息，用于植被覆盖下的盐渍土壤反演，但是一部分植被指数的敏感性和植被的类型有关，与土壤盐分的相关性较弱，单独的利用植被指数并不能很好的反演盐渍土壤盐分。已有的盐渍土壤反演模型也多以裸露盐渍土壤为基准建立，很少涉及植被覆盖区域。在微波波段，盐渍化土壤会影响土壤的介电常数，进而直接影响其自身的后向散射系数，这为雷达监测土壤盐渍化提供了可能。此外，对于微波遥感而言，由于其波段波长较长，穿透性大大强于光学波段，可以穿透部分地表植被，反演土壤表层的特征。因此利用微波遥感技术监测植被覆盖下的盐渍化土壤是一个对光学遥感很好的补充和发展。但是，植被也会吸收和散射部分入射的微波辐射，同时还会反射底层土壤的部分散射，降低了雷达回波信号对底层土壤的敏感性，导致土壤回波信号较弱，增加了微波遥感信息解译和反演的困难和复杂性。有效去除地表植被覆盖对盐渍土遥感反演的影响依然是亟需克服的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术为了解决植被影响盐渍土壤卫星反演的精度问题，而提供了一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法。本专利技术植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法按照以下步骤进行：步骤一、准备研究区域的SAR雷达影像和光学卫星影像；步骤二、根据步骤一的SAR雷达影像和光学卫星影像分别获取雷达和光学卫星参数，然后利用归一化水分指数NDWI反演植被含水量；步骤三、利用盐渍土壤介电常数模型模拟盐渍土壤的复介电常数，盐渍土壤介电常数模型表示为：其中，ρb为土壤容重；S表示盐渍土壤含盐量；mv为土壤体积含水量；步骤四、将复介电常数输入改进积分方程(AIEM)模型模拟裸露盐渍土壤雷达影像后向散射系数，其中改进积分方程(AIEM)模型表示为：其中为单次散射项；其中，pp为极化方式；δ为表面均方根高度标准离差；k＝2π/λ为自由空间的波束；kz＝kcosθ，kx＝sinθ；Wn是一直表面相关公式的第n次傅里叶变换；多次散射项为：当kδ<0.3时，则n＝1，单次散射项退化为一阶小扰动模型；多次散射项退化为二阶小扰动模型：当kδ>3时，应用驻留相位近似法简化积分方程为：当表面粗糙度满足kl>6，l2>2.76δλ时，单次散射项退化为几何光学模型解；步骤五、构建水云模型，将模拟裸土后向散射系数作为水云模型底层土壤参量，水云模型为：其中，pq代表不同的极化类型，代表总体的后向散射系数，代表植被冠层的后向散射系数，是底层土壤的后向散射系数；θ是雷达入射角，τ2是植被和土壤相互作用的双向衰减指数；常数A为覆盖植被冠层的加权系数，常数B是植被冠层的衰减系数；V1和V2为植被参数；步骤六、将步骤四的改进积分方程模型模拟获取的植被覆盖下的裸露土壤后向散射系数作为步骤五的水云模型的输入参量；步骤七、盐碱介电常数模型、改进积分方程模型和水云模型，建立遥感反演植被覆盖下盐渍土壤含盐量的正演模型；步骤八、通过最优化查找表法反演植被覆盖下的盐渍土壤含盐量，即实现了对植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测。本专利技术将盐渍土壤介电常数模型、土壤微波后向散射特性理论模型与水云模型相耦合，借助光学和微波遥感数据，利用光学数据获取地表上层植被参数，将水云模型中底层土壤散射系数部分用土壤介电模型和微波后向散射特性理论模型进行拟合替代，以量化植被散射对植被覆盖下的盐渍土壤总体后向散射的贡献，本专利技术的方法反演精度高，解决植被影响盐渍土壤卫星反演的精度问题，协同反演植被覆盖下盐渍土壤含盐量，实现对长有植被区域的盐渍土壤盐渍化程度的有效监测。对土地信息管理和盐渍土的改良复垦提供充分的信息支持具有重要意义。附图说明图1是实施例1的模型构建反演流程图；图2是实施例1的模型后向散射系数拟合精度；图3是实施例1的盐渍土壤含盐量反演精度。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法按照以下步骤进行：步骤一、准备研究区域的SAR雷达影像和光学卫星影像；步骤二、根据步骤一的SAR雷达影像和光学卫星影像分别获取雷达和光学卫星参数，然后利用归一化水分指数NDWI反演植被含水量；步骤三、利用盐渍土壤介电常数模型模拟盐渍土壤的复介电常数，盐渍土壤介电常数模型表示为：其中，ρb为土壤容重；S表示盐渍土壤含盐量；mv为土壤体积含水量；步骤四、将复介电常数输入改进积分方程(AIEM)模型模拟裸露盐渍土壤雷达影像后向散射系数，其中改进积分方程(AIEM)模型表示为：其中为单次散射项。其中，pp为极化方式；δ为表面均方根高度标准离差；k＝2π/λ为自由空间的波束；kz＝kcosθ，kx＝sinθ；Wn是一直表面相关公式的第n次傅里叶变换；多次散射项为：当kδ<0.3时，则n＝1，单次散射项退化为一阶小扰动模型；多次散射项退化为二阶小扰动模型：当kδ>3时，应用驻留相位近似法简化积分方程为：当表面粗糙度满足kl>6，l2>2.76δλ时，单次散射项退化为几何光学模型解；步骤五、构建水云模型，将模拟裸土后向散射系数作为水云模型底层土壤参量，水云模型为：其中，pq代表不同的极化类型，代表总体的后向散射系数，代表植被冠层的后向散射系数，是底层土壤的后向散射系数；θ是雷达入射角，τ2是植被和土壤相互作用的双向衰减指数；常数A为覆盖植被冠层的加权系数，常数B是植被冠层的衰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法按照以下步骤进行：/n步骤一、准备研究区域的SAR雷达影像和光学卫星影像；/n步骤二、根据步骤一的SAR雷达影像和光学卫星影像分别获取雷达和光学卫星参数，然后利用归一化水分指数NDWI反演植被含水量；/n步骤三、利用盐渍土壤介电常数模型模拟盐渍土壤的复介电常数，盐渍土壤介电常数模型表示为：/n

【技术特征摘要】
1.一种植被覆盖下地表盐渍土含盐量的监测方法按照以下步骤进行：
步骤一、准备研究区域的SAR雷达影像和光学卫星影像；
步骤二、根据步骤一的SAR雷达影像和光学卫星影像分别获取雷达和光学卫星参数，然后利用归一化水分指数NDWI反演植被含水量；
步骤三、利用盐渍土壤介电常数模型模拟盐渍土壤的复介电常数，盐渍土壤介电常数模型表示为：






其中，ρb为土壤容重；S表示盐渍土壤含盐量；mv为土壤体积含水量；
步骤四、将复介电常数输入改进积分方程模型模拟裸露盐渍土壤雷达影像后向散射系数，其中改进积分方程模型表示为：



其中为单次散射项；









其中，pp为极化方式；δ为表面均方根高度标准离差；k＝2π/λ为自由空间的波束；kz＝kcosθ，kx＝sinθ；Wn是一直表面相关公式的第n次傅里叶变换；多次散射项为：



当kδ<0.3时，则n＝1，单次散射项退化为一阶小扰动模型；



多次散射项退化...

【专利技术属性】
技术研发人员：董显聪，李晓洁，郑兴明，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22