Page 157 - 遥感技术在生态环境监测中的应用研究

遥感技术在生态环境监测中的应用研究

精度较高，但实地观测法取样点有限，难以实现连续大范围区域内监测。随着遥感技术的

不断发展，时间序列下大范围动态监测土壤湿度成为可能，各种方法和模型的提出，使得
监测精度不断提高，在不同的领域得到了很好的验证和应用。
（一）遥感反演土壤水分原理

作为研究植被生长、监测的基本要素，水分是能量交换过程中的基本要素，土壤湿度
通过影像地面与大气进行水分和能量交换过程，进而对植被的生长和当地的气候变化产生
较大影响。在自然条件下对土壤湿度的空间变化进行实时监测难度较大，因此众多学者开

始利用遥感手段来监测，已经发展成为当前主流应用技术，这种方法是基于不同的目标由
于表面反射波不同，反射回来的波谱曲线存在明显差异，比如在可见光波段（VIS）、近
红外波段（NIR）、热红外波段（TIR）上土壤水分特征较其余物体的波谱曲线有明显差异，

经过遥感技术计算提取后会出现不同的反应，就可通过波谱的变化来判断土壤水分的时空
变化规律。

（二）遥感反演土壤水分方法
1. 光学遥感反演方法
（1）可见光 - 红外方法

可见光 - 热红外方法是基于不同地物具有差异的反射光谱特性对遥感数据进行反演，
（徐嘉昕等，2019），根据卫星传感器设置参数进行波段运算得出所需的指数，在反演土

壤水分方面已经被广泛应用，目前较多利用植被状态指数、归一化湿度指数等进行反演，
其计算原理与过程如下。
①遥感归一化湿度指数法

此种方法是利用短波红外与近红外波段的归一化比值指数进行计算，能够从影像图上
计算大范围的指数监测，进而分析研究区生态环境土壤水分的变化情况及信息，目前主要
是通过归一化水分指数（NDWI）和归一化湿度指数（NDMI）两个指标的变化情况来表征

地表土壤湿度，计算公式分别为：

但是，经众多学者反复验证利用遥感归一化湿度指数法反演地表土壤湿度信息精度
不高。

②遥感植被指数法
假设某研究区域光照、温度等其他气候条件差别变化较小，则植被的生长状态与土壤
水分的相关性越高，也就是说土壤水分可以利用植被缺水状况进行表示。对此，可以使用

植被状态指数、距平植被指数等植被指数指标来进行表征，间接反映研究区土壤水的变化。

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