干旱区土壤盐渍化微波遥感监测方法研究与验证

土壤盐渍化作为主要的土地退化形式之一,已成为一个全球性问题。目前国内外区域尺度土壤盐渍化遥感监测应用已趋于主流，但常用的基于光学遥感的各种信息提取方法结果不确定性较强，其通用性及定量化并不令人满意，主要原因在于光学遥感不论是目视判读还是计算机自动分类，都要依赖于盐渍土的光谱响应特征，而通过光谱响应来提取土壤盐渍化信息与盐渍地光谱较为相似的其他地物混淆严重。.针对土地盐渍化传统光学遥感监测存在诸多缺陷的问题，在充分调研的基础上，选择多极化、多波段微波遥感数据，深入分析土壤盐渍化有关影响因子与微波的辐射或后向散射关系、微波遥感与盐渍地之间的作用机理、微波遥感应用优化参数率定、多源信息融合理论与方法在盐渍地信息提取中的应用等一系列问题，选择具有深厚研究基础的渭干河-库车河三角洲绿洲（以下简称渭-库绿洲）为典型研究区，构建基于微波遥感的干旱区土壤盐渍地信息提取新算法，并进行精度验证。

由于不合理的人类活动和脆弱的生态环境，干旱、半干旱地区盐渍化像沙漠化一样成为当今世界重要的环境和社会经济问题之一。本项目选择具有深厚研究基础的渭-库绿洲为典型研究区，在充分调研的基础上，选择多角度、多极化微波遥感数据，应用非传统手段深入分析微波遥感与盐渍地之间的作用机理、微波遥感应用优化参数率定、多源信息融合理论与方法在盐渍地信息提取中的应用等问题，截止2012年12月30日，课题研究时间得到充分保证，研究工作进展顺利，圆满完成了既定的科研计划和目标，取得了以下几个方面的研究成果：1）在微波遥感与盐渍地之间的作用机理方面，主要研究土壤含水量、含盐量与土壤介电常数以及雷达后向散射系数之间的定量关系，研究表明：该典型研究区土壤介电常数是影响雷达后向散射系数的主导因素，因此通过土壤介电常数监测土壤含盐量、含水量具有一定的潜力；讨论雷达后向散射系数、同极化后向散射系数差、交叉极化后向散射系数差同土壤含水量、组合粗糙度之间的关系，考虑了入射角的效应，并建立了经验的盐渍地地表散射模型，最后针对RADARSAT-2组合方式的不同，提出了具体的土壤水分反演方案，反演结果在VV-VH极化方式下有更高的精度；不同程度盐渍化土壤的后向散射系数均在同极化方式上比较高，随着盐渍化程度的增加，盐渍化土壤的后向散射系数呈下降趋势，这是由于研究区随着盐渍化程度的增加植被减少，土壤更为干旱和光滑，雷达回波减少。2）本研究对微波遥感应用优化参数率定的研究结果表明：本研究区最优雷达数据参数组合：入射角33º，分辨率12.5米，VH极化方式，克服微波数据提取地物信息精度不高的弊端，提高了盐渍地信息提取的精度。3）对研究区光学和微波数据进行辐射定标、几何校正、影像滤波等预处理，处理结果较为精准，不仅对其数据的系统参数进行了全面的了解，而且掌握了各种目标地物的微波特性，为了解微波与目标地物相互作用规律打下良好基础；多源信息融合后影像兼具SAR 的高分辨率、高穿透性,且提供关于地物更多的信息,使得各种地物间的辨识度大大提高。4）本项目在研究区盐渍化特征、地下水对其影响以及土地利用方面也取得不少成果，这些研究为本项目的顺利开展提供良好的理论依据和科学指导。 另外，在本项目的支持下热红外光谱发射、反射高光谱数据在盐渍化土壤的应用方面也取得一些进展。本研究为开展微波遥感技术在干旱区土地盐渍化监测应用提供了示范研究。