基于物候特征的农田土壤表层含水率遥感反演

作者：张晓春; 刘海若; 严忆辉; 唐蓉; 张煜

来源：灌溉排水学报, 2021, 40(10): 1-9.

DOI：10.13522/j.cnki.ggps.2021195

• 土壤含水率
• 遥感反演
• 后向散射系数
• 物候特征
• 农作物区

【目的】土壤水分是作物生长的必要条件,反演土壤含水率对监测土壤墒情、减少作物受渍害程度、提高作物产量具有重要意义。【方法】建立了一种结合作物物候特征的农田土壤表层含水率遥感反演方法。首先基于预处理后的Sentinel-1SAR影像获得入射角数据和VV极化条件下的总后向散射系数,并从环境卫星影像提取相应日期的作物植被覆盖指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。然后基于入射角、后向散射系数和NDVI,通过水云模型得到去除植被影响后的后向散射系数。结合研究区内作物物候特征,分生育阶段建立后向散射系数与土壤相对体积含水率之间的关系,并建立适用于研究区域作物物候特征的反演模型。【结果】根据2种轮作作物冬小麦和夏玉米物候特征分为4个时间段函数,分别为冬小麦的播种—分蘖期、越冬期、返青期—成熟期,和夏玉米的全生育期。分生育期阶段选取部分实测点土壤含水率数据进行计算,得到各时间段的土壤含水率与后向散射系数关系的经验方程,其线性相关系数分别达到0.40、0.80、0.91和0.79。通过提取固镇县与利辛县的作物种植结构,结合经验方程反演得到研究区农田土壤表层含水率分布图。基于剩余部分实测土壤含水率数据分别对反演模型进行验证,结果显示冬小麦全生育期总的复相关系数为0.73,夏玉米全生育期总的复相关系数为0.82。【结论】通过结合物候特征分生育阶段建立函数,为农作物种植区域的土壤表层含水率反演提供一种快速准确的方法。

• 单位
  长江水利委员会; 水资源与水电工程科学国家重点实验室; 武汉大学; 长江科学院空间信息技术应用研究所