基于土壤有效温度-发射率耦合机制的SMAP卫星土壤湿度反演模型研究

In this research, we’re going to develop a new microwave remote sensing soil moisture retrieval model base on the Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellite microwave observations and our soil effective temperature scheme (Lv soil effective temperature scheme) to estimate high accuracy (RMS error less than 0.04 m3/m3) soil moisture product by coupling soil effective temperature and soil emissivity over the source region of the Yellow River (SRYR). SMAP is the latest generation for microwave soil moisture detecting project which will provide soil moisture both in 36km (passive) and 9km (active/passive combined). SMAP works on L-band (1.4GHz) which is strongly affected by its sampling depth. Meanwhile the Lv soil effective temperature scheme is proved to identify the sampling depth through considering soil moisture/soil temperature/texture in its analytic expression. With Maqu soil moisture detecting networks in SRYR and the brightness temperature observations collected by ELBARA II, the soil effective temperature-emissivity coupled soil moisture retrieving model will be tested to improve SMAP’s soil moisture product and the current microwave transfer model. The improved soil moisture produce will offer a better understanding of the interaction between land surface and atmosphere at the Qinghai-Tibetan Plateau scale.

拟利用土壤水分主动被动卫星(SMAP)L波段(空间分辨率：被动36km/主被动融合9km) 微波亮度温度资料，对以往因忽视低频微波信号穿透土壤层较深、粗略估算土壤有效温度导致土壤湿度反演精度低的情况，基于我们新的土壤有效温度模型 (Lv Soil Effective Temperature Scheme)构建土壤有效温度与发射率耦合算法；并利用黄河源区土壤湿度观测网络验证资料，借助地面微波辐射计(ELBARA -II) 与SMAP卫星的同步观测，发展新的SMAP卫星土壤湿度反演模型并提高其产品精度，获得黄河源区高精度(0.04m3/m3)连续时间序列土壤湿度产品；分析引入土壤有效温度-发射率耦合机制对陆面模式同化微波亮度温度过程的影响。通过项目研究提交的任务，以期推动高原尺度陆-气能量水分交换过程研究。

在本项目执行期间，我们在青藏高原荒漠、草原等不同区域，开展了配合卫星遥感研究的陆面表层土壤湿度野外观测试验，分析了新土壤温度有效温度模型在微波低频和高频波段土壤湿度反演过程中的适用性。我们利用野外观测试验数据对卫星遥感土壤湿度估算结果进行了验证，分析了估算结果的可靠性，获得高原中部区域的表层土壤湿度空间分布，取得了阶段性的研究进展和成果。具体包括：1）建立了高原西部荒漠地区土壤湿度和陆面过程长期观测试验点；2）收集了高原东部、中部和西部不同地貌的表层土壤湿度观测数据；3）分析了L波段微波遥感土壤湿度过程中穿透深度的变化；4）发展了耦合新土壤有效温度模型的高频卫星遥感土壤湿度模型。借助本项目经费支持，项目主要参加人员1人完成博士后科研工作，并与国际研究团队进行了合作研究，整体提高了项目组人员的科研水平和国际学术交流能力。项目实现了预期的基本目标，完成了项目申请书中计划的主要研究任务。