基于FY-3B微波资料反演我国土壤湿度和植被光学厚度及其比较分析

摘要

土壤湿度与植被光学厚度等是水文模型、陆面过程以及气候模式中的重要地表参数，因此利用微波遥感获取土壤湿度和植被光学厚度有重要的应用价值和现实意义。基于风云三号(FY-3B)卫星微波资料，采用微波辐射传输模型反演了我国逐日地表土壤湿度（LPRM土壤湿度数据）和我国东部地区逐日植被光学厚度数据(VOD数据)。随后将LPRM土壤湿度数据与中国气象局农气站观测资料、ERA-Interim、NCEP再分析资料以及卫星中心官方MWRI土壤水分日产品进行对比分析;依据VOD数据分析了我国东部地区植被的时空变化情况，并与归一化植被指数(NDVI)数据进行了对比;评估LPRM土壤湿度数据和VOD数据在中国范围内的具体表现情况。得到主要结论如下:
　　(1)LPRM土壤湿度呈由西北地区向东北和东南地区逐渐增加的空间分布特征，与农气站观测资料和两套再分析资料基本一致;其系统误差与植被覆盖度密切相关。LPRM土壤湿度的季节性变化与农气站观测资料在全国范围有较好的一致性。然而，LPRM土壤湿度与ERA-Interim和NCEP再分析资料在东北部分地区和长江流域以南呈很强的负相关，主要是由于季节性干湿变化的不一致性所致;这表明，ERA-Interim和NCEP土壤湿度再分析资料在这些地区存在比较严重的质量问题，需要谨慎使用。
　　(2)总体而言，LPRM土壤湿度与卫星中心MWRI土壤水分日产品具有较好的空间一致性。卫星中心MWRI土壤水分日产品数据的季节变化与LPRM土壤湿度的季节变化呈现明显的差异性，两套数据在比较干旱的北方地区呈现明显的正相关关系，在比较湿润的东北林区和我国南方大部分地区表现为突出的负相关关系。LPRM土壤湿度与农气站观测资料时间变化一致要优于MWRI土壤水分日产品，因此LPRM土壤湿度数据要比MWRI土壤水分日产品更准确地抓住了土壤湿度的季节性变化。
　　(3)我国东部地区VOD数据呈南高北低的空间分布格局，与NDVI数据较为一致;但是，VOD数据在描述植被的区域性空间异质性方面具有一定优势。在我国东部地区，VOD数据与NDVI数据有很好的相关性。理论上讲，VOD能反映植被所有地表以上部分的生物量的变化特点，弥补了NDVI的不足。因而，虽然NDVI的季节变化非常显著，VOD的季节变化则相对稳定;尤其是在植被茂密的地区，VOD较之NDVI在描述植被的季节性变化方面具有显著优势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 土壤湿度和植被光学厚度简介

1．2．1 土壤湿度表达式

1．2．2 土壤湿度测量方法

1．2．3 植被光学厚度简介

1．3 国内外研究进展

1．3．1 土壤湿度卫星反演研究进展

1．3．2 卫星反演植被信息研究进展

1．4 存在的问题及本文研究内容

1．4．1 存在的问题

1．4．2 本文的研究内容

第二章 数据介绍及反演算法简介

2．1 风云三号卫星微波亮温数据

2．2 土壤湿度数据

2．2．1 站点观测资料

2．2．2 再分析数据

2．2．3 卫星中心MWRI土壤水分日产品

2．2．4 NDVI数据

2．3 LPRM反演算法简介

2．3．1 LPRM反演土壤湿度算法

2．3．2 LPRM反演植被光学厚度算法

第三章 反演我国地表土壤湿度及其与再分析数据对比分析

3．1 引言

3．2 结果与分析

3．2．1 LPRM土壤湿度时空分布特征

3．2．2 LPRM土壤湿度与农气站观测资料和再分析资料的对比

3．3 结论与讨论

第四章 LPRM土壤湿度数据与官方产品对比分析

4．1 引言

4．2 结果与分析

4．2．1 LPRM土壤湿度数据与官方产品时空变化分析

4．2．2 利用站点数据分析两套数据的时间变化

4．4 结论与讨论

第五章 反演我国东部植被光学厚度及其与NDVI的对比分析

5．1 引言

5．2 研究区域

5．3 结果与分析

5．3．1 FY-3B的VOD数据时空分布特征

5．3．2 FY-3B的VOD数据与NDVI数据的对比

5．4 结论与讨论

第六章 总结与讨论

6．1 全文主要结论

6．1．1 反演我国地表土壤湿度及其与再分析数据对比分析

6．1．2 LPRM土壤湿度与MWRI土壤水分日产品对比分析

6．1．3 反演我国东部植被光学厚度及其与NDVI的对比分析

6．2 讨论

参考文献

作者简介

致谢