分有较大的热容量和热传导率使较湿的土壤具有较大的热
惯量，因此土壤水分与土壤热惯量间有重要的联系。
土壤热惯量（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｅｒｔｉａ）可表示为：
，
式中Ｐ为热惯量（Ｊｍ－２Ｋ－ Ｓ ） １ －１／２ ， λ为热导率（Ｊｍ－１ Ｓ－１ Ｋ－１ ），
ρ为土壤密度（Ｋｇｍ－３）ｃ为比热（ＪＫｇ－１Ｋ－１）。
精度进行了比较分析，建立了适合河北广大地区的土壤水分
遥感模型。刘振华等（２００６）考虑植被因素的影响，将热惯
量模型的应用从裸土扩展到植被覆盖区，在植被覆盖区域使
用双层模型中的土壤能量平衡方程，同时在热传导的边界条
件中引入显热通量和潜热通量。
２．２ 植被温度指数
植被指数与地面温度是描述土地覆盖类型特征的两个重
要参数，与土壤水分含量密切相关，两种数据的合理融合能
使地表信息更加丰富，更有利于反映土壤的水分状况。
收稿日期：２０１１－０３－１０ 修回日期：２０１１－０３－２７ 作者简介：宋炜（１９８３－），男，江西樟树籍，研究生，助理工程师，研究方向为遥感应用。
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开发应用
Ｓａｎｄｈｏｌｔ等 利 ［５］ 用简化的ＴＳ－ＮＤＶＩ特征空间提出了温
法，对干旱抗灾减灾，国民经济和社会的可持续发展有十
分巨大的意义［１］。
传统的土壤水分测定方法代表范围有限，数据的实时性较
差，动态性很难保证，人力财力消耗大，效率非常底，数
据的稳定性受站点和操作人员影响因素也较大，数据更新
也困难。而随着２０世纪６０年代以来遥感技术的兴起，利用
遥感监测土壤水分克服了以上的困难，取得巨大的成功。
度植被干旱指数ＴＶＤＩ概念，表示为：
，式中
为ＮＤＶＩ对应的最低表面温度，对应着Ｔ－ＮＤＶＩ特征空间
的湿边， 为ＮＤＶＩ对应的最高表面温度，对应着Ｔ－ＮＤＶＩ特
征空间的干边。
国内学者在此基础上也做了大量的研究。刘良云等
（２００２）利用ＴＳ与ＮＤＶＩ关系进行地物分类，提取了植被覆
盖和土壤湿度的信息；齐述华等（２００３）利用ＡＶＨＲＲ数据
１ 引言
从全球范围看，旱灾已经成为影响面最广、造成经济
损失最大，被认为是世界上最严重的自然灾害类型。我国
是一个干旱及旱灾频繁发生的国家。随着社会经济的发展
和人口膨胀，我国水资源短缺现象日趋严重，在全球变暖
和干旱化的背景下，旱灾研究成为可持续发展的重大课
题。因此探讨一套客观、动态、实时的土壤水分监测方
地物的细微变化。光谱微分技术处理“连续”的光谱是遥
感中常用的数学方法，高光谱分辨率微分光谱在遥感中很
有应用潜力。
在太阳光谱范围 （３８０～２５００ｎｍ） 的光谱反射信息也
能够用于估算土壤表层水分。随土壤水分的增加土壤光谱
反射率在整个波长范围内降低，尤其在７６０，９７０，１１９０，
１４５０，１９４０和２９５０ｎｍ等水分吸收波段。土壤水分含量与水
在实际应用中，常用表观热惯量ＡＴＩ代替热惯量Ｐ：
，
，式中 、 分别是一天最高、
最低温度，Ａ为全波段反照率。有了表观热惯量ＡＴＩ后，常用
线性经验公式计算土壤水分Ｗ，即
。
国内开展土壤水分遥感监测试验研究大体上从八十年代
中期的“七·五”期间才开始起步。张向前等人（１９８４）利
用航空摄影数据第一次制作了国内热惯量图。隋洪智等
中国西部科技 ２０１１年０５月（上旬）第１０卷第１３期总第２４６期
遥感监测干旱的方法综述
宋炜
（广州市房地产测绘所，广东 广州 ５１０６００）
摘 要：土壤水分是土壤的重要组成部分，在地－气界面间物质、能量交换中起着重要的作用。遥感技术具有大面积同 步观测，时效性，全天候性、经济性的特点，为大面积动态监测土壤水分提供了可能。本文简述了目前的几种主要遥感 监测土壤水分的方法：热惯量法、温度植被指数法、作物缺水指数法、高光谱法和微波遥感法。并分析了各种方法的原 理和优劣，最后总结并展望了土壤水分遥感监测方法的发展趋势。 关键词：土壤水分；遥感；综述；进展 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．１３．０２０
数之间的数学关系。土壤的介电常数的变化反映了土壤水分 含量的变化。但通常遥感器不能直接测得土壤的介电常数， 而是获得土壤的后向散射系数。对于粗糙表面的散射的研究 主要有几何光学模型（ＧＯ）、物理光学模型（ＰＯＭ）、小波扰动 模型（ＳＰＭ）。这些模型各有各的适应范围，其中几何光学模 型和物理光学模型都是基于基尔霍夫模型，只是前者是在驻 留相位近似下得到的，后者是在标量的近似下得到的。基尔 霍夫模型要求地表相关长度大于一个电磁波波长。而小波扰 动模型是针对当表面相关长度小于波长时提出来的。由于实 际地表是连续的，上述模型都不能很好地描述地表的真实状 态。近些年，人们意识到ＳＰＭ，ＰＯＭ以及ＧＯ模型在粗糙度方面 都有一定的局限性。自然地表的真实状况超越了这些模型粗 糙度的范围。近年来，随着雷达传感器和极化技术的发展， 通过多模式（多波段、多极化、可变入射角）地表散射计数 据分析雷达后向散射系数与频率、极化、入射角及地表参数 （介电常数、表面均方根高度、相关长度）间的相关关系， 发展了一些极化雷达同时反演介电常数和地表粗糙度的经验 模型，如Ｏｈ模型、Ｄｕｂｏｉｓ模型和Ｓｈｉ模型，这些模型主要适 用于裸露地表区域。 ３．２ 植被覆盖区的微波遥感方法
遥感方法具有常规检测手段无法比拟的时效性和动态性，
同时遥感影像是整个面上的宏观反映，特别适合大范围实
时的干旱监测。遥感检测土壤水分的方法发展了很多，总
的来说分为光学遥感和微波遥感两个方面。
２ 光学遥感监测土壤水分
２．１ 热惯量法
热惯量是土壤的一种热特性，是引起土壤表层温度变
化的重要因素，影响土壤温度日较差的大小。同时由于水
Abstract:Soil moisture is an important component of soil,and plays an important role in materials and energy exchanges between earth and atmosphere.With the features of observing large area synchronously,timely,all-Weatherly,and economically,remote sensing technique makes dynamic soil water monitoring possible.In this paper,several principle algorithms and methodologies for monitoring soil moisture content by remote sensing are summarized briefly,including thermal inertia approach,normalized vegetation index scheme,A T-NDVI space method,crop water deficit index method,hyper spectral remote sensing based algorithm and microwave remote sensing orientated methodology.The features of the whole bag of tricks are analyzed systematically,and the future possible prospect of the developing trend on soil moisture monitoring by remote sensing is reviewed. Key words:Soil moisture;Remote sensing;Summary;Progress
植被对主动微波的影响主要是吸收和散射到达冠层的微 波信号。吸收主要是由于植被本身所含的水分，而植被的散 射则受以下几个因子的影响：（１）植被本身的介电常数， 它决定于植被的含水量。（２）冠层中散射体的尺度大小及 分布。（３）冠层中散射体的几何形状及分布。（４）冠层中 散射体的取向及分布。（５）植被冠层的几何形状，包括植 被的行向和间距、郁闭度等。（６）植被底层土壤的粗糙度 和介电常数。
省北部利用ＮＯＡＡ ／ＡＶＨＲＲ图像和各气象站资料，根据作物
缺水指数半定量给出了土壤旱情分布图；申广荣等以
ＧＩＳ为工具实现图像、图形、数据一体化处理，用作物缺
水指数实现了黄淮海平原旱情监测。
２．４ 高光谱法
高光谱遥感技术具有高光谱分辨率的特点，能够提供
连续的反射光谱曲线，而连续的反射光谱曲线可以表现出
经过近几十年来国内外学者不断的 研究，人们建立了许 多植被散射理论模型。Ｋａｒａｍ Ｍ Ａ 和Ｆｕｎｇ Ａ Ｋ根据辐射传输 模型建立的植被散射模型中，植被被当作具有圆盘状散射体 的随机介质，圆盘的取向是随机的，并且考虑了因为圆盘取 向的不同而引起的散射场极化方式的变化；Ｅｏｍ Ｈ Ｊ等以针 状粒子为散射体建立了针叶植被的散射模型，在模型中考虑 了针状粒子取向对于后向散射系数的影响，认为后向散射系 数随入射角的变化主要取决于针状粒子的取向；ＦＵＮＧ Ａ Ｋ等 在建立模型时考虑了散射体处于Ｆｒｅｓｎｅｌ区域的作用，结果 表明Ｆｒｅｓｎｅｌ作用能够使圆盘状叶子的后向散射系数减小，
为：
，式中ＣＷＳＩ为作物缺水指数，Ｅ为实际蒸散，
Ｅｐ为潜在蒸散。
我国学者也对作物缺水指数展开了积极的研究缺水状况的
学者，通过对Ｊａｃｋｏｎ的ＣＷＳＩ理论模式的研究，认为遥感面
与作物冠层的饱和水气面不重合，并重新定义了潜在蒸
发，建立了一个作物缺水的微气象模式；田国良等在河南
是目前研究最多的监测土壤水分方法。具有全天时、全天
候、多极化和对植被及土壤有一定的穿透能力等特点。由