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遥感技术在生态环境监测中的应用研究

第二节 在土壤环境的应用研究

一、应用微波遥感监测土壤水分

微波遥感具有全天时、全天候并有一定穿透能力的优点，突破了传统测量方法测点少、

费时费力和光学遥感精度低、受天气状况限制的缺点。微波遥感主要是根据目标物的介电
特性进行土壤湿度监测的，利用微波遥感测定土壤水分的理论基础是土壤介电常数对土壤
含水量十分敏感。首先出现的是被动式微波遥感。被动微波遥感研究历史长，反演算法特

别是卫星遥感算法比较成熟，是今后区域尺度乃至全球尺度监测土壤湿度的重要手段。20
世纪 70 年代初，美国的 Schmugge 等人根据 NASA 观测实验数据首次建立了地表亮温温度

TB 与土壤湿度的线性关系模型，ONeil 建立了标准化 TB 与体积百分比土壤湿度之间的线
性关系。Srhmugge 本人后来又引人 FC（田间持水能力）因子，使其反演模型得到了进一
步的完善和发展。后来，一些研究者开始引人前期降雨指数（API）和微波极化差值指数

MPD 等土壤湿度指示因子，建立了 TB 与 API、MPDI 之间的线性关系，这些线性算法都
可归结为经验算法或统计算法。Njoku 等人基于辐射传输方程建立的 TB 与 Mv 等参数的非
线性方程，然后用迭代法和最小二乘法解非线性方程求出 Mv 等参数的算法，逐步地成为

今后微波遥感土壤湿度算法发展的主流。后来，国内的张钟军等人运用一种基于辐射传输
理论的离散模型来研究植被的发射率、传输率，这种方法更加真实地获得了组成植被的散
射个体如叶、茎、树枝、树干等对这两个参数的影响，能更准确地描述植被对下垫面的影

响。被动微波遥感存在空间分辨率低、影响因素多的缺点。
主动微波法以应用 X 波段侧视雷达为主，方法主要是后向散射系数法，通过后向散射

系数，建立起目标物的形态和物理特征与后向散射回波的关系。主动式微波遥感具有发射
功率大、空间分辨率高的特点，目前，大多数研究采用统计方法，通过试验数据的相关分
析建立土壤湿度与后向散射系数之间的经验函数。Ulaby 等人通过试验研究手段得出了土

壤湿度对裸露土壤的敏感度是 0.15dB，对有植被的土壤是 0.13dB。田国良等利用 X 波段
机载合成孔径雷达水平极化（HH）图像进行麦田土壤含水量监测，将土壤水分分为 8 个

等级。李杏朝于 1994 年用 X 波段散射计测量土壤后向散射系数，根据微波后向散射系数法，
得出微波遥感监测土壤水分的相对误差率仅为 12%。

二、水土流失的遥感监测

水土流失是土壤保护中极其重要的一环，水土流失对于环境的影响是不可估量的。对
于世界温饱问题而言，水土流失导致的土壤肥力下降问题进一步激发了人地矛盾。

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