微波遥感监测土壤湿度的原理和方法选取

土壤湿度是作物生长发育的基本条件和作物产量预报的重要参数。同时，它也是水文学、气象学等科学研究领域的重要环境因子和过程参数，因此对于土壤湿度的研究具有重要意义。目前，在众多的遥感土壤湿度监测方法中，除了应用已经比较成熟的土壤温湿度记录仪等检测仪器外，利用微波监测土壤湿度是研究的重点。因为微波对云层有较强的穿透能力，不受光照条件限制，能够全天候工作，且长波段微波能够穿透植被并对土壤 具有一定的穿透能力，与土壤湿度和介电常数密切相关，这些特点使得微波遥感在土壤湿度监测中具有其独特的优越性，在该领域内占有重要的地位。

微波遥感监测土壤湿度的基本原理

微波遥感就是利用传感器接收地面各地物发射或反射的微波信号，提取和分析有用信息。在土壤湿度遥感监测中微波对水分反应敏感，使其成为对土壤含水量遥感 监测非常有效的一种手段。利用微波遥感数据监测土壤湿度包含两种方式：被动微波遥感法和主动微波遥感法。探测原理都根据水、土的介电常数差异显着。被动和 主动两种方法的不同点在于它们手段的特点和它们对目标特征传感器不同。被动式的传感器依靠接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等，通过 测量土壤亮温来估测土壤湿度，土壤亮温由土壤介电常数和土壤温度决定，介电常数又和温度与土壤湿度有关，因此可以通过土壤亮温反演土壤湿度；主动式由传感 器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达，它测量土壤的后向散射系数，土壤后向散射系数主要由介电常数和土壤粗糙度决定，介电常 数由土壤湿度决定，因此可以利用雷达较好地反演土壤湿度。

微波遥感土壤湿度监测方法的选取

在对一个地区进行土壤湿度微波遥感监测 的过程中，要选取合适的微波辐射或散射模型，这需要对实地具体情况进行一定程度的了解，才可能获得精度较高的结果，如是否裸露地，若不是，植被的种类、特 点等信息。在对主、被动的比较中，总体来讲，主动微波法已经成为监测土壤湿度的主要途径，具有更大的潜力，尤其是较小范围的区域，应用雷达监测已经变得越 来越广泛。那么，除选取合适的散射模型作为计算方法外，雷达自身的一些参数也至关重要，依据土壤的粗糙度和植被灌层结构等特点选取最佳的入射角度和极化方 式来反演土壤湿度。也可结合土壤模型和介电常数模型等更准确的表达土壤信息。

微波遥感土壤湿度反演已有30年的历史，已经能够成功运用到土壤墒情监测系统中去，协助土壤墒情的监测工作，目前该反演方法仍是研究的重点和热点。

被动微波遥感监测土壤湿度的研究和应用已有较为成熟的技术和模型。被动微波遥感影像的空间分辨率相对较低，适用于研究大范围区域，但要实现实用的全球化 土壤湿度反演还有一段距离，而且植被和地表粗糙度对土壤湿度反演的影响仍未得到根本解决，需要继续深入研究。近些年来，随着星载被动微波遥感的研究和快速 发展，被动微波土壤湿度反演正迅速向高时空分辨率的全球化迈进。

主动微波土壤湿度反演相对于被动微波土壤湿度反演来说仍然处于起步阶段，主动 微波遥感的信号强，影像的空间分辨率高等优点弥补了被动微波遥感监测土壤湿度的不足，很快就成为监测土壤湿度多种方法中的主力军。然而，它受到地表粗糙度 和植被的影响更大，为了克服这一缺陷，专家学者们对雷达土壤湿度的模型和参数做了许多研究，取得了一定的成果。目前成像雷达系统正向着多波段，多极化、多 模式，全极化、干涉测量、多参数全极化干涉的方向发展，主动微波遥感土壤湿度的研究将受到更广泛的重视。

航天、航空事业的发展为微波遥感带来更多更好的支持平台，微波遥感获取地表信息的能力越来越强，获取的信息越来越多，越来越全面。同时数据处理方法和手段也日趋完善，这都使得微波遥感监测土壤湿度具有越来越宽广的应用前景。