第六章土壤遥感
4, 热红外波段的土壤含水量信息
热红外波段对常温反映灵敏,土壤温度与 湿度关系密切,因此热红外遥感数据中也包含 了土壤含水量的信息。
5, 微波波段上的土壤含水量信息
微波波段对水的反映极其灵敏,很薄的水 层就可以屏蔽微波辐射。因此许多国内外的学 者都认为微波是探测土壤含水量最佳的波段。
马蔼乃等(2000)根据对各个波段的研究, 首先发现微波对水的反映极其灵敏,但是对土 壤含水量的反映却不十分灵敏。因为水面十分 光滑的,而土面的粗糙度与微波波长十分接近, 使得土壤含水量的信息强度被淹没在粗糙度的 信息强度之中。
二、表观热惯量的遥感信息模型
物体的热惯量P是物体固有的属性,它的表 达式为:
P k
式中k为热传导系数,ρ为密度,γ为比热容。 因为热传导系数、密度、比热容对一种物体来 说是固定不变的,所以热惯量也是地物的固有 属性。
土壤因为含水量的变化,使得热传 导系数、密度、比热容都发生变化,从 而使得热惯量变化,这是确定无疑的。 但从遥感数据不可能直接提取出热惯量, 也不可能直接提取热传导系数、密度、 比热容。
地物在吸收短波太阳辐射后以长波的方式 发射,地温增高。白昼地物吸收太阳能量而增 温;夜间地物发射能量而减温。地物昼夜的温 差就是地物热惯量的表象。
例如水体,由于热惯量大,昼夜温差小; 岩石热惯量小,昼夜温差大;各种含水量不同 的土壤热惯量介于水体与岩石的热惯量之间, 热惯量的大小也介于水体与岩石的热惯量之间。
含由水此量求的出土的壤表,观作土为壤标含准水,量求AS出W地也理是参无数量a纲0,的a相1,对a2值。。
1 A T
上式的含义是表观土壤含水量是表观热惯量的函数,
是相对土壤密度的函数,也是相对土层厚度的函数。 由于水的密度是1,所以土壤密度除以水的密度,该因 子团成为无量纲相似准则。颗粒粒径表示土壤的空隙 度,土层厚度表示所测土壤含水量的深度范围,颗粒 粒径除以土层厚度表示相对土层厚度,即土层有几倍 的粒径厚度,也是无量纲因子团。由于世界各地的土 壤种类不同,所处地理环境不同,所以a0,a1,a2各处 是不同的,也是以图像表示的。同样地,表观土壤含 水量也是虚拟的。
AS W a0(AT )(ID d)a1(s)a2
式中d为土壤颗粒粒径,D为土壤土层厚度,ρs为土
壤的密度,ρ为水的密度。a0,a1,a2,的为地理参数。 将土壤颗粒粒径、土壤土层厚度、土壤密度内插成影像
化的图像,与遥感图像配准。在影像( )上或地面上
(配准),确定最干燥的土壤、最湿润的土壤以及中等
第一节 土壤类型遥感分析
土壤类型的空间分规律
地带性土壤 隐域性土壤
土壤类型决定性因素
直接因素(土壤的光谱特征)
间接因素
地带性气候因素 地貌因素 地质条件 地形起状特征
案例分析
新疆南部的土壤遥感解译中,根据 影像划分出山地、山前洪积扇、冲积平 原、荒漠平原、片状绿洲,线状绿洲等 地理单元,并进一步划分了沿河、湖滨 等地区,在此基础上进行土壤解译、制 图。与常规方法制作的土壤图比较,内 容详细得多。
遥感波段中可见光与近红外中的全部太阳 波谱的能量,减去地物在所有谱段内的反照率
能量,就产生昼夜温差的能量。称为表观热惯 量遥感信息模型ATI:
ATI
k1
An
T
式中A为反照率,ΔT为昼夜温差,k,n为地 理参数。A可由可见光与近红外所有波段遥感数 据之和求出,ΔT为白昼热红外遥感数据减去夜 间热红外遥感数据求出。ATI可以用水体在遥感
影像上的数据为最大值,干沙沙漠的数据为最
小值,从而求解k,n。
撒哈拉沙漠、塔克拉玛干沙漠、澳大利亚沙漠、北 美沙漠与它们附近的水体所求解出来的k,n是不相同 的,因为在上述公式中还有一些地理环境因素没有考 虑到,而被包括在其中了。
根据上式可以计算出表观热惯量的影像图(ATI
图)。表观热惯量与真实热惯量之间是正变的关系,
四、真实土壤含水量与表观土壤含水量
真实土壤含水量是在地面上实测的土壤含 水量。实测土壤含水量在地面上的取样面积只 有几平方厘米,遥感是监测不到的。
遥感监测土壤含水量是大面积范围上的工 作,往往用气象卫星的数据,每1个像元是 1km2的面积,地面上实测的土壤含水量根本无 法与之比较。1km2上需要实测几百个点的土壤 含水量,取其均值,还要随机统计方法正确, 才能两相比较。
地面上实测的土壤含水量很难做到 同步实测。某个点的含水量与相邻点的 含水量观测时间往往相差几个小时,甚 至相差几天。
遥感计算出来的表观土壤含水量是 同一瞬间的,完全同步的。
土壤含水量是一个无量纲的百分含量(%),遥感 数据也是无量纲的灰度,因此容易误认为两者既然都 是无量纲的,可以直接进行统计分析。其实不然,土 壤含水量是真实的物理量数据,而从遥感影像上求出 的表观土壤含水量是虚拟的相对数据。
第二节 土壤水分遥感
一、遥感数据中的土壤含水量信息
1,可见光波段的土壤含水量信息 根据地物波谱的测定,在可见光部分干燥
土壤的反射光谱比潮温土壤的反射光谱平行抬 高一段反射率。随着含水量的多寡,抬高的距 离大小不同。因此,早期遥感研究中有用可见 光波段测定土壤含水量的尝试。
2, 近红外波段的土壤含水量信息
近红外波段对水的反映灵敏,水对近红外 光完全吸收。因此含水量高的土壤在近红外波 段上呈暗色调,地物波谱曲线不是平行降低, 而是陡坡降低。因此早期与可见光波段同时使 用推测土壤含水量。
3, 中红外波段的土壤含水量信息
中红外波段对高温反应灵敏,是林火的探 测波段。反之,土壤十分干燥时温度较高,在 中红外遥感影像上有反映。也就是说,如果求 土壤的干燥度时,用中红外波段效果较好。
前者是无量纲的相对值,后者是有量纲、有单位的物
理量。真实热惯量的单位是J/(m2s1/2K)。两者在数值
上虽然不相等,但是表达的都是热惯量。在遥感技术
中,通常采用相对值来表示物理量。
三、 表观土壤含水量遥感信息模型
既然我们用表观热惯量替代了真实热惯量, 因此对于土壤含水量,也应该可以用表观土壤 含水量来替代真实土壤含水量。现在给出表观 土壤含水量ASW的表达式: