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土壤湿度作为陆面水资源形成、转化和消耗过程研究中的基本特征参数，是联系地表水和地下水的纽带，也是研究地表能量交换的基本要素，直接控制着地表与大气间的水热输送和平衡，对全球气候环境变化有着重要影响。因此，大面积区域土壤湿度资料的获取对农业生产、资源与环境的定量监测等具有十分重要的作用，遥感技术则是满足这一需求的有效手段。然而，由于目前的土壤湿度遥感监测方法中，许多方法本身比较复杂，并且常常依赖于一些地面观测数据，它们的应用和推广受到限制。基于此，本研究根据光学遥感和雷达微波遥感的特点，利用MODIS(ModerateResolutionImagingSpectroradiometer)和ASAR(AdvancedSyntheticApertureRadar)两种遥感数据，结合河北东部平原的土壤水分试验，利用以MODIS数据为基础的三温模型和ASAR数据为基础的散射模型，研究区域土壤湿度监测问题，探讨相对简便和准确的遥感监测模型。
利用MODIS数据，首先利用分裂窗算法反演了河北平原的地表温度，用MODIS的温度产品对该算法进行验证发现该法的平均值误差、平均绝对误差和均方根误差RMSE(RootMeanSquareError)分别为0.63K，0.89K和1.10K，具有较高的反演精度，适合用来获知地表温度信息，监测地表温度变化。随后对三温模型(主要参数包括地表温度，参考土壤的表面温度和空气温度)监测土壤湿度的原理进行理论分析，并构建有关的理论模型，其中地表温度及参考土壤的表面温度(指烘干土即蒸发为零的土壤)可由MODIS遥感数据获得，气温可从气象站获得。由三温模型计算的蒸散发扩散系数与地面土壤湿度的实测值构建了不同层次(5cm、10cm、20cm)土壤湿度的遥感监测模型，其决定系数分别为0.51，0.46和0.43，均达到极显著水平(P＜0.01)。利用地面实测的土壤湿度资料验证发现，模型的估算值和地面实测值之间吻合较好，表明该法可用来有效地监测地表土壤湿度，进而提出了基于三温模型蒸散发扩散系数的土壤湿度遥感监测普适模型。同时在河北平原尺度上，利用6个时相(四个植被覆盖时相)河北平原气象站点的气温及土壤湿度资料，分析了蒸散发扩散系数和土壤湿度实测值间的关系，对于植被覆盖的时相，模型中增加了对NDVI的考虑，即利用蒸散发扩散系数和NDVI的比值建立与土壤湿度实测值的回归模型，并进行了统计检验，统计检验达显著水平(P＜0.05)，证明了该方法遥感监测裸地和植被区土壤湿度的可行性，但更适合监测裸地和稀疏植被。最后探讨了遥感估算气温的研究。
雷达监测土壤湿度的主要原理是基于雷达影像的回波信号即后向散射系数和土壤湿度之间的密切关系。在利用ASAR数据监测土壤湿度的研究中，首先概述了雷达遥感的基础和常用的散射模型，接着介绍了一种在没有地面先验知识的情况下，适合反演裸地和低植被区域土壤湿度的Zribi-Dechambre模型。该模型仅需要时间相邻(此时间内可假定土壤湿度和粗糙度不变)的双时相和不同入射角的两景HH同极化ASAR(IMP/APP影像)影像，即可获取地表湿度信息，适合快速准确地监测中小尺度上的区域土壤湿度，从而为农业生产和水资源的应用监测等研究提供一个有效的途径。该模型具有较高的精度，在沧州的试验区用地面实测值验证时其RMSE为5.11％，表明适合在华北地区的应用。另外，在OSUп(2002)半经验模型的基础上，我们推演得到了一个适合较广粗糙度范围内监测裸地土壤湿度的新模型，该模型不依赖于地面先验知识而只依靠两景HH/VV双极化影像的同极化比和不同的雷达入射角即可获知地表土壤湿度和粗糙度的半经验模型。该模型应用的关键是两景时相相邻的HH-VV双极化影像，并且时相间隔内无降雨和改变地表粗糙度的人类活动发生，从而可以忽略土壤湿度及地表粗糙度的变化而假定其恒定。由于研究区没有适合的影像，因此依据该模型，对北京昌平区小汤山镇和顺义区赵全营镇的土壤湿度进行反演，反演结果符合实际情况，可有效地监测土壤湿度的空间分布。
在植被覆盖区，首先引入归一化水分指数NDWI(NormalizedDifferenceWaterIndex)根据有关模型来遥感估算植被含水量，然后利用水云模型估算植被区的土壤湿度。结果表明：与扣除掉植被影响前的总的雷达后向散射系数相比，根据水云模型获得的扣除掉植被影响的土壤的后向散射系数与土壤表层0-5cm的体积含水量的相关性明显提高，2007年9月21日和7月13日两个时相的R2分别为0.5285(P＜0.01)和0.312(P＜0.05)，从而说明该模型可以有效地监测植被区的表层土壤湿度。
最后结合本研究和土壤湿度定量遥感的特点，指出三温模型中如果能够借助遥感技术获取准确的气温信息将会大大提高模型的实用性，摆脱对地面参数的依赖。另外还提出地面土壤水分试验应该与卫星过境时间同步及地面试验设计时应该尽量完善等研究中存在的一些问题和不足，明确了今后努力和发展的方向。作为ASAR数据和用三温模型的MODIS数据在河北平原土壤湿度遥感监测应用中的初次探讨，希望为将来有关的研究等提供一些参考。