利用TVDI反演地表含水量方法研究

相应地将不同植被指数下的最低下垫第页共页面温度相连构成了三角形的湿边，代表了该区域内的最湿润区，将其干旱指数定义为。

基于此，等提出了温度植被干旱指数估测土壤表层水分状况。

式中，分别由植被指数与地表温度根据干边湿边线性拟合获得，本研究中采用植被指数，分别是干边和湿边线性拟合方程的系数。

在三角形区域内任点的值介于和之间，值越大，对应的土壤湿度越低，值越小，对应的土壤湿度越高。

图特征空间示意图土壤水分计算的直线斜率可以反映土壤湿度状况。

许多研究发现，在的特征空间中，存在系列土壤湿度的等值线，这些等值线都可近似认第页共页为相交于干湿边的交点，并且该等值线近似为直线图，该直线的斜率与土壤湿度间可以描述为元线性函数关系。

图温度植被干旱指数原理示意图图中，点的土壤湿度可以表示为式中，标注在图中。

为直线的斜率，为方程系数。

点所在等值线上任点的土壤湿度可以表示为。

，为常数。

进步推导有其中是时的土壤湿度值，即特征空间中湿边上的土壤湿度，是时干边上的土壤湿度减去湿边上的土壤湿度，进步得到第页共页式中，表示像元土壤相对含水量是湿边对应的土壤相对含水量最大是干边对应的土壤相对含水量最小。

用进行土壤湿度反演的影响因子分析用反演土壤湿度的原理，是基于水分蒸发和植被蒸腾对地表温度的降低作用。

的值取决于空间的情况，对的影响，来源于对空间的影响。

对空间影响因子的探讨有很多。

等利用航空数据，研究了堪萨斯北部草原与的关系，发现与关系受到植被覆盖及土壤湿度情况的影响。

研究了不同传感器获取的之间的关系，发现斜率在很大程度上取决于植被情况和土壤湿度，与传感器类型关系不大。

的研究还发现，对土壤湿度的敏感性强于。

总结了对关系影响因子的研究，认为关系的影响因子有植被覆盖土壤水分蒸发蒸腾表面热特性净辐射大气动力及表面粗糙度等。

这些因子都影响地表温度，从而影响空间的情况。

用基于能量和水分平衡原理的模型和田间实测资料，研究各因子对关系的影响情况，认为土壤湿度和入射辐射是决定关系的重要因子，而风速和水汽压等影响较小，可以忽略。

土壤湿度是决定关系的重要因素，从空间得到的，能从定程度上反映土壤湿度的状况。

的关系不是由土壤湿度唯确定，因而用反演土壤湿度，受到太阳入射辐射植被覆盖表面热特性大气动力水汽压等因子的影响。

这些因子都影响地表的能量平衡，使平衡状态对应的值发生变化，从而改变空间的情况，影响值。

下垫面与大气间湍流形式的热交换，第页共页使地表温度在定程度上受到气温的影响般情况下，随高程增加，气温降低。

气温主要是通过大气与下垫面间热交换，即湍流的形式来影响地温。

下垫面与大气间的热交换，与地表温度和气温的差值相关。

当气温变化时，地气温差发生改变，热交换能量发生变化，地表温度也随之变化。

在进行热交换的过程中，地温影响到气温，反过来气温也影响地温。

地温和气温之间是种互相影响的关系。

地表温度受气温的影响与高程相关。

中国高程跨度近，从西到东形成级阶梯的地形，地表起伏明显，气温分布差异大，地表温度受气温影响显著。

由于随高程增加，气温对地表温度的降温行验证分析，是目前条件下可行的方法。

对值分布的区间进行探讨，取最大值进行订正，发现反演结果中高程的作用已经很明显，反演结果与实测值的相关性很低，表明所取影响程度偏大，值应时，反演结果与实测值相关性低，而当影响程度在区间时，相关性高图。

在区间，取步长为进行循环搜索，寻找最佳影响程度值，发现相关系数在区间呈先升后降的趋势，在设为时，相关系数值最大，与实测数据有最好的相关性，反演得到值能最好地反映土壤湿度的状况。

这个值与气温随高程变化的值也相近，说明取影响程度为是可信的。

对取不同值反演得到的结果进行对比也发现，当取时，反演得到土壤湿度结果最符合土壤湿度分布的般规律，呈现出明显的南高北低，东高西低的分布特性，并且沙漠区缺水的特性也能很好地表现出来图。

第页共页图影响程度值与相关系数的关系图经过订正的月份上旬全国分布图根据相关性比较及反演结果等的分析，得到月份高程对土壤湿度反演过程的影响程度值为。

订正前后的土壤湿度对比取为，对月上旬地表温度进行订正，获取订正后的土壤湿度，对订正前后获取的结果进行了进步的分析。

反演土壤湿度结果的变化分析经过订正后，青藏高原区值增加，而南方及东北地区值降低，全国土壤湿度的整个分布趋势更加合理表。

订正后获取的值，随实测土壤湿度的增加，呈现降低的趋势，而订正前的值，与实第页共页测土壤湿度没有很好的对应关系。

由影响程度的获取过程可知，订正后土壤实测值与的相关性增强。

经过订正之后，与土壤湿度实测值的相关性增加了，而与实测值回归得到的线性方程增加了，经过订正后的，能更好地反映土壤湿度的状况图表订正前后值的对比订正前订正后图订正前后土壤湿度实测值与关系土壤湿度的空间分布趋势分析分析进行订正前后获取的分布图可以发现，经过订正的分布图，能更好地表现土壤湿度空间分布的整体趋势。

未经订第页共页正的图，土壤湿度值最高值出现在西藏东部，并且西藏青海的土壤湿度高于南部，北部土壤湿度值也高于南部，这种分布规律不符合实际情况。

经过订正后的图，土壤湿度呈现明显的南高北低，东高西低的分布特性。

新疆塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠区青海柴达木盆地及内蒙古巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠干旱缺水的特性，能很好地表现出来喜马拉雅山北麓雨影区特征明显新疆天山北麓和塔里木盆地北部宁夏及河套地区的绿洲特征明显黑龙江三江平原及嫩江流域土壤湿度高，与站点实测值情况吻合云南四川海南岛及广西湖南省土壤湿度高。

这些分布规律与中国气候资源地图集中的月份中国平均相对湿度图有很好的对应关系。

月上旬气象数据表明，这时期降雨主要集中在四川东北部甘肃东南部陕西南部山西南部河南河北南部及江苏北部区，订正后获取的结果，这些地区土壤湿度明显偏高。

反演得到的结果与降雨数据在空间分布上有很好的对应关系。

对订正前后获取的分布图，用中国水文分区图进行了叠加分析，发现订正后的分布图，能更好地体现水文分区的分布情况。

结果分析将两个时相合成的地表温度数据合成为个时相的合成的地表温度数据，并提取范围内相同下的不同像元对应的所有温度中的最大最小陆地表面温度，的精度为，获取个月的每的特征空间图。

由图可以看出，个月的特征空间的干边和湿边形状相似。

随着的增大，陆地表面温度的最大值减小，最小值第页共页升高，且与呈近似线性关系。

图仪征市年月的特征空间表特征空间的干边和湿边方程选取在线性趋势区域进行拟合，表为拟合的干边和湿边方程，各方程均通过置信度的检验。

反演土壤相对湿度，将实测数据随机分为建模和检验数据，其中建模数据样本数个，占总样本数，检验数据个，约占。

使用深度建模数据的土壤湿度与斜率值进行拟合，求取，即干边最小土壤湿度方程。

拟合方程为。

依据公式，计算得到仪征地区的土壤相对湿度图。

第页共页图仪征市年月土壤湿度反演分布图从图可以看出，仪征市和月土壤湿度值有明显变化，月土壤湿度值最大，月土壤湿度值最小。

由于受到江淮流域初夏梅雨天气影响，仪征市月的土壤湿度值明显大于其它两月，同时月土壤湿度值分布不均，南部及北部较高，中部区域较低，这与仪征南部属于长江冲积平原区，北部为谷底平原，河流汇集，灌溉便利有关，而中部属于缓岗丘陵区，由于地势原因，雨水不易存留，造成土壤湿度较小。

月，全市土壤湿度小且分布较均匀，这与月仪征市降水减少有很大关系。

表为土壤相对湿度的反演与实测数据的统计分析。

可以看出，实测与反演平均值非常接近，尤其是月和月，两者差值的绝对值不到。

相对误差较小，平均值为最小为月，。

均方根误差与相对误差类似。

由此可见，本研究所采用的遥感方法反演出的土壤湿度精度较高，可服务于实际应用。

表土壤湿度的统计量值第页共页结论与讨论本文推导了利用和干湿边上的土壤湿度值计算土壤水分的方程，利用该方程反演了仪征市土壤表层的相对湿度。

验证结果表明反演值和实测值之间的平均绝对误差为个百分点左右。

采用方法反演土壤水分是基于的直线斜率与土壤水分之间为元线性关系，这种关系被许多研究证明，但是否是适合反演土壤水分的最佳模型有待进步分析。

对进行简单的高程校正，从定程度上减少了由于高程增加气温降低，从而地表温度降低对指数的影响。

但是地表温度气温和高程之间的关系受高程地表覆盖等许多因素影响，对指数进行更加精确的高程校正还需要进步研究。

参考文献，姚春生，张增祥，汪潇使用温度植被干旱指数法反演新疆土壤湿度遥感技术与应用卿清涛，侯美亭，张顺谦基于资料的四川省干旱监测方法初探中国农业气象李军，黄敬峰山区气温空间分布推算方法评述山地学报中国气象局中国气候资源地图集北京中国地图出版社，第页共页国家地图集编纂委员会中华人民共和国国家自然地图集北京中国地图出版社，齐述华，王长耀，牛铮利用温度植被旱情指数进行全国早情监测研究遥感学报王鹏新龚健雅，等基于植被指数和土地表面温度的干早监测模型地球科学进展第页共页利用反演地表含水量方法研究摘要利用资料构建了地表温度增强植被指数的特征空间，拟合了特征空间中的干湿边方程，计算了温度植被干旱指数，并推导出利用和干湿边土壤水分计算土壤含水量的方程。

在计算的过程中，为了减少高程的影响，利用数字高程模型对进行了订正利用同期野外实测土壤湿度数据计算了干边上的土壤水分值，从而反演出平均土壤含水量。

结果表明方法能反演土壤表层水分，实测值与预测值之间平均绝对误差在个百分点左右。

高程校正后的能更好的反映土壤水分，与校正前相比，平均绝对误差减少个百分点，基本满足业务需要。

使用野外与卫星同步采样的土壤湿度数据进行验证，发现指标与实测土壤湿度数据显著相关，能够较好地反映表层土壤湿度。

关键词土壤水分地表温度土壤水分是监测土地退化的个重