青藏高原地表参数的被动微波遥感反演研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 高峰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 王介民 |
| 关键词 | 青藏高原 被动微波遥感 地表温度 土壤湿度 积雪深度 植被指数 反演算法 基于辐射传输方程的查表算法 |
| 其他题名 | Study on the Retrieval of Land Surface Parameters on the Tibetan Plateau by Passive Microwave Remote Sensing |
| 中文摘要 | 本文针对青藏高原地区的地表参数被动微波遥感反演问题，开篇首先介绍了中日合作研究项目“青藏高原能量水分循环试验（GAME-Tibet）”的目的及其1998年5-9月进行的加强观测期实验（包括实验站点布局、观测项目以及取得的一些成果等）；然后对被动微波遥感的发展及其卫星遥感数据作了详尽的介绍，并特别地介绍了日本于1997年发射的热带降雨卫星（TRMM）及其携载的微波辐射成像仪（TMI），也即本论文的主要微波遥感数据，论述了被动微波遥感在青藏高原地表参数反演中的重要意义及简要研究进展。紧接着在第二章对被动微波遥感反演地表参数的理论基础进行了简要的阐述，从微波辐射传输方程出发，论述了地表粗糙度、大气、植被等对辐射传输方程的影响及其表达，重点对微波介电常数的研究发展进行了专门论述。在以上论述的基础上，论文的第三、第四、第五、第六章分别对地表温度、植被状况、积雪参数（积雪深度、雪水当量）、土壤湿度的被动微波遥感反演研究进行了专门的详尽论述，利用TRMM／TMI数据和GAME-Tibet加强观钡（期的5个观测站点（TTH、D110、ANDUO、MS3608和MS3637）的实钡（数据分别进行了反演研究。通过以上研究，得到了有关温度反演、植被状况反演、积雪深度以及土壤湿度反演的如下一些结果和结论：（1）利用被动微波遥感数据反演青藏高原地表温度是可行的。将McFarland等发展的四通道算法和De Jeu等发展的单通道算法应用于青藏高原研究区，两个算法反演的地表温度在总体变化上与观测结果是一致的；两个算法在青藏高原站点的应用结果表明，McFaland等发展的四通道组合算法要优于De Jeu等发展的单通道算法；将研究数据分为夜间和白天，分别进行夜间和白天的地表温度反演试验。结果表明，夜间反演相对稳定，反演结果优于白天；从两个算法验证结果分析，影响地表温度反演效果的关键因素依次为：地表的均匀程度（平坦、地表类型单一）、地表水分含量（湿润或者干燥）、植被覆盖；利用被动微波数据反演青藏高原地表温度，尚须根据不同的地表特征对测站或者像元进行细致的分类，分类拟合反演公式，才能达到反演的要求。（2）37GHz的微波极化差指数△T37（△T37＝T37v-B37H）和极化比指数（MpDI＝C* （TB37v-TB37l）／（TB37v＋TB37H））被认为是监测植被状况的微波植被指数。（a）对5个站点的△T37的平均值进行了分析，结果表明：ANDUO和MS36os的平均值在15K左右，表现出裸土的微波辐射特征，其原因可能是由于1997年冬至1998年春发生在那曲地区的大雪灾影响了地表牧草的生长，TTH的△介最小，并非因为其植，被状况最好，而可能是站点处于居民居住点，周围建筑的影响所致；（b）对5个站点的MPDI随时间的变化的分析表明，总体上是每个站点的MPDI的时间变化不大，也即在1998年6-9月间，各个站点的植被状况变化不大；而站间的差别比较大，也即各个站点的植被状况有较大的差别；（c）ANDUO的MPDI表现出规律性的变化，即在6至9月的变化中，8月份的MPDI最小，对应植被最好。其它站点的时间变化不明显，表明植被在这段时间变化不是太大；（d）对研究区8月21日的MPD工和相应时间MSAVI的空间分布比较表明，二者基本吻合。（3）利用SSM／I数据对青藏高原地区进行积雪深度的微波遥感反演，并将反演结果应用于青海和西藏的积雪业务监测中，结果表明：（a）被动微波遥感能反映降雪过程前后的积雪范围和深度变化，是当前青藏高原地区积雪遥感业务监测中的一个重要补充。随着其积雪算法的进一步完善以及更高空间分辨率的AMSR-E数据的应用，被动微波遥感必将成为积雪监测的一个重要手段；（b）被动微波遥感的积雪范围监测结果与MODIS图像的积雪范围变化趋势较为一致，当由于云的影响而无法得到满意的光学图像时，则被动微波遥感就可发挥替代作用；（c）光学遥感和微波遥感的结合使用可在积雪遥感业务监测中发挥更大的作用，特别是发生特大雪灾时，被动微波遥感的积雪深度信息对雪灾的定位和评估具有重要价值；（d）被动微波遥感在青藏高原地区积雪业务监测中还存在较多的问题，持续不断的业务监测应用是改进和完善这项技术的重要保证。（4）青藏高原地表的复杂性、气候的多变性为开展土壤湿度的被动微波遥感反演带来许多困难。（a）对青藏高原5个站点的实测土壤湿度与相应的被动微波遥感数据进行的初步分析，一些站点表现出与以往研究结果或者结论一致的现象，但另外一些站点却并不支持已有研究结论；（b）用极化指数P1（19，37，85）表征土壤湿度有一定的普遍性，即土壤湿度随着PI的增加而增加，在青藏 高原地区的一些站点也如此但在另外一些站点这种关系不能很好的满足。土壤 湿度指数T19H／T37H也有类似情况；（c）Paloscia算法是现在正在运行的Aqua 卫星上携载的高级微波扫描辐射计增强型（AMSR-E）的四个土壤湿度反演及验证 侯选算法，在有关地区得到了很好的应用与验证，但该算法在青藏高原的应用受侯选算法，在有关地区得到了很好的应用与验证，但该算法在青藏高原的应用受到了挑战，在选取的观测站点并不能确任该算法是否可用于高原地区土壤湿度的反演。在以上单个参数反演研究的基础上，本论文的第七章利用基于微波辐射传输方程的三维查表算法（3-LUT）对青藏高原中尺度研究区进行了土壤湿度、地表温度、植被含水量的被动微波遥感综合反演研究，得到以下一些结果和结论：（a）利用改进的3-LUT算法同时反演地表温度、植被含水量和土壤湿度等地表参数是一个快速、有效的方法；（b）青藏高原夏季对流云活动频繁，对地表参数特别是土壤湿度的反演精度影响较大，因此在算法中应考虑去云处理，以消除云的影响。本文利用“修正的最大值平均法”进行了云处理，土壤湿度反演结果有较大的改进；（c）该算法尚需进行完善，特别是对粗糙度参数Q和h的处理仍然是一个难题。本文最后对存在的一些问题进行了讨论，并提出了进一步开展青藏高原地表参数被动微波遥感反演的研究设想。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 108 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22016]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 高峰. 青藏高原地表参数的被动微波遥感反演研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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