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遥感技术在生态环境监测中的应用研究

第五节 采煤沉陷区土壤湿度遥感监测

一、土壤湿度监测研究综述

土壤湿度又称土壤水分含量，表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量，是气候、

水文、生态、农业等领域的重要参数。土壤湿度是影响环境变化的重要因子之一，实地测
量和取样测量及遥感监测是主要手段，国外对土壤湿度的遥感监测自 20 世纪 60 年代末开
始，70 年代后被逐渐展开，20 世纪 80 年代以来得到了快速发展，监测方法和研究方向也

不断增多，其中卫星遥感越来越突出。国内开展土壤湿度遥感监测较晚，大体始于 80 年
代中期以后，早期只有少数学者对土壤湿度进行研究，监测土壤湿度对于地表环境变化的

研究和评价有重要意义。
20 世纪 90 年代后，遥感手段不断被改进和应用，其中国外对于土壤湿度的研究较先
进，而国内则在理论、应用、模型等方面缩小了与国外的差距。Carlson 等（1994）利用

植被及温度数据，结合土壤植被大气转移（SVAT）模型推断了宾夕法尼亚州流域植被覆
盖度和地表土壤湿度，发现所得结果效果较好。Crow 等（2000）研究了土壤湿度的降尺
度处理程序，选用数据为主动雷达 SLR-C，分辨率达 25m，以此数据降尺度处理了土壤湿

度，并对该处理程序的未来发展做了讨论。21 世纪后，国内外关于土壤湿度的研究技术
发展迅速，数据更加丰富，取得了很多成果。郭维栋等（2003）对于土壤湿度的研究在国
内来说较早，选用我国 100E 以东 139 站 1951-1999 年的相关资料，研究了中国北方土壤

湿度随时间的变化特征，在各层次上所得结果显示变化较一致。邓辉（2004）利用 MODIS
数据监测了大区域下土壤水分，应用多种模型试验后发现监测精度差别不大。Cosh 等以爱

荷华州 WalnutCreekWatershed 流域作为实验区，对该区土壤湿度进行了实测，利用所得数
据对整个流域进行了估算。Merlin 等（2005）利用 1KM 分辨率可见光、近红外、热红外
及土壤纹理、大气强度等地表变量数据建立数学模型，处理并提高了 SMOS 卫星土壤湿度

数据的分辨率。邢文渊处理新疆地区三年中植被生长时间内的 MODIS 数据，在实地进行
测量，基于获取的数据构建了新的热惯量法模型，在研究区进行了应用。Hu 等对祁连山

2002-2005 年的土壤水分进行监测，结合 1992-2006 年逐日降水量连续监测资料，选用随
机模型对研究区草地土壤水分的变动做点尺度的概率分析，得到不同深度土壤水分呈现明
显的年际变化，模型预测效果较好。左志艳等（2008）利用中国和欧洲的土壤湿度资料对

中国东部春季的土壤湿度进行了研究，发现研究区的土壤在春季表现出的干旱差异不同。
Draper 等（2009）利用无源微波高端微波扫描辐射计 - 地球观测系统（AMSR-E）仪器对
澳大利亚近地表土壤水分进行了监测和评价，发现此系统监测的土壤水分有很强的降水数

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