遥感监测土壤含水量方法综述张灿龙1,倪绍祥1,刘振波1,2,陈健1(1.南京师范大学地理科学学院,南京210097;2.中国科学院南京土壤研究所,南京210008摘要:土壤水分是陆地表面参数化的一个关键变量,—土壤水分含量随时空的分布和变化对地气间的热量平衡、土壤温度及农业墒情等都会产生显著的影响。常规的土壤水分测量方法采样速度慢、代表性差,无法实现大面积土壤水分的实时动态监测。随着农业信息化的发展,利用遥感技术监测土壤水分是目前定量遥感研究的前沿和难题之一。为此,阐述了土壤水分遥感信息模型方法,并对各方法所需要解决的关键问题及其优缺点做了评述。关键词:土壤学;土壤水分;理论研究;遥感;信息模型:S152.7;TP79文献标识码:A:1003—188X(200606—0058—041遥感监测土壤含水量的研究进展1.1国外研究进展国外利用遥感方法进行土壤水分监测开始于20世纪60年代末。1965年,Bowers等[1]人对土壤光谱特性进行了研究,发现裸地土壤湿度的增加会引起土壤反射率的降低,这成为后来利用遥感方法进行土壤水分遥感监测研究的理论依据。20世纪70年代末,国外研究人员逐步开展了土壤水分遥感监测的应用研究。Watson等人[2]首次提出了利用地表温度日较差来推算热惯量的简单模式,并成功地应用于热惯量模型;Rosema等[3]进一步发展了他们的工作,提出了计算热惯量、每日蒸散模型。20世纪80年代,遥感监测土壤水分的研究得到了迅速和全面的发展,研究涉及地面遥感、航空遥感和卫星遥感,所使用波段从可见光、(近、中、远红外、热红外到微波遥感,监测方法也趋向多样化。例如,Price,Pratt等人在能量平衡的基础上,简化潜热蒸散形式,引入地表综合参量B概念,系统地总结了热惯量方法以及热惯量的遥感成像机理,使热惯量方法变得概念清楚、计算简单[4]。CarlsonTN(1986年在估算土壤有效水分和热惯量研究中,较早开展了利用NOAA/AVHRR遥感资料进行大面积作物旱情监测的尝试[5]。在应用微波方面,美国从1980年开始实施空间遥感技术对农业和资源进行调查的联合计划—AgRISTARS,其中专门制定了土壤水分监测计划[6]。其主要手段就是微波遥感,即通过野外遥感实验,定量研究了其它因子(如植被、粗糙度、观测角、土壤纹理结构及大气等对微波遥感土壤湿度的影响。20世纪90年代末至今,国外在土壤水分遥感定量反演方面有了新的发展,并且逐步实现了实用化系统应用。气象卫星遥感土壤水分得到了进一步发展,方法也日益完善,如热惯量方法、作物缺水指数法得到不断改进,算法日趋成熟,各种用于土壤水分监测的植被指数方法也得到了广泛应用[7]。随着一系列携载微波传感器卫星(如ERS系列、Radarsat、ADEOS、TRMM等的相继发射升空,微波遥感技术监测土壤水分也得到了较为深入的应用。1.2国内研究进展我国土壤水分遥感监测的研究大体从20世纪80年代中期开始。早期研究主要集中于土壤参数的遥感测定,如黄扬(1986年研究了土壤含水量及其微波反射特性的关系;唐登银(1987年提出了一种以能量平衡为基础的干旱指数法;张仁华(1989年提出了表观热惯量模式。这些早期的基础性研究为我国土壤水分遥感监测奠定了基础[8]。20世纪90年代至今,我国学者在土壤含水量遥感模型及其应用研究方面取得了一系列进展,与国外同类研究的差距也日渐缩小。例如,隋洪智等人[9]通过简化能量平衡方程,直接推算表观热惯量(ATI,并建立了ATI与土壤含水量的关系式;余涛、田国良[4]发展了地表能量平衡方程的一种新的化简方法,可从遥感图像数据直接得到真实热惯量值,进而得到土壤水分含量分布;陈维英等[10]利用NOAA极轨气象卫星距平植被指数,对1992年特大收稿日期:2005-12-20基金项目:国家自然科学基金项目(40371081;江苏省研究生创新计划项目(1612005012作者简介:张灿龙(1979-,男,山东济宁人,硕士,(E-mailzclong0901@163。干旱进行了监测应用研究;刘安麟等[11]从能量平衡原理出发,对潜在蒸散的计算进行了简化,从而对作物缺水指数法土壤水分遥感监测模型进行了化简,简化后的模型涉及因子减少,计算量明显降低,更接近于实际应用;齐述华等[12]利用NOAA-AVHRR资料提取的归一化植被指数(NDVI和陆地表面温度(LST,构建NDVI-TS特征空间,依据该特征空间设计的温度植被指数旱情指数作为旱...