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1、第七章第七章 土壤遥感土壤遥感城市与环境学院城市与环境学院王细元王细元xiyuan80_http:/ 遥遥感地学分析，黄家柱教授感地学分析，黄家柱教授遥遥 感感 地地 学学 分分 析析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv土壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。土壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。 v土壤遥感能对某些土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量土壤性状、水分含量、养分供应状、养分供应状况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失、水土流失、土壤污染土壤污染等变
2、化进行动态监测，为合理开发、利用与等变化进行动态监测，为合理开发、利用与管理土壤资源及时提供科学数据管理土壤资源及时提供科学数据。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing内容提要内容提要v7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律n7.1.1 土壤的反射光谱特征土壤的反射光谱特征n7.1.2 土壤的热红外辐射特征土壤的热红外辐射特征n7.1.3 土壤的的微波辐射与散射特征土壤的的微波辐射与散射特征v7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析n7.3.1 土壤类型的遥感分析土壤类型的遥感分析n7.3.2 土壤侵蚀调
3、查与监测土壤侵蚀调查与监测n7.3.3 土壤水分监测与干旱灾害预测土壤水分监测与干旱灾害预测n7.3.4 土壤盐分监测土壤盐分监测王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律v7.1.1 土壤的反射光谱特征土壤的反射光谱特征 土壤的波谱特性主要包括土壤反射光谱特土壤的波谱特性主要包括土壤反射光谱特性、土壤热红外与微波的辐射散射特性等，但性、土壤热红外与微波的辐射散射特性等，但应用最多的是土壤反射光谱特征应用最多的是土壤反射光谱特征 。总的来说，。总的来说，土壤的主要
4、物质组成与岩矿一脉相承，因而土土壤的主要物质组成与岩矿一脉相承，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致，壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致，即即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升。逐渐抬升。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会
5、对反射含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会对反射率产生影响。率产生影响。7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律v土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发生许多变化但就其光谱曲线在可见光至近红外区的整体形生许多变化但就其光谱曲线在可见光至近红外区的整体形态与斜率变化情况看，均可归纳为平直型、缓斜型、陡坎态与斜率变化情况看，均可归纳为平直型、缓斜
6、型、陡坎型和波浪型四大类型和波浪型四大类 。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 总的来说，土壤光谱反射特性的差异与变总的来说，土壤光谱反射特性的差异与变化都取决于土壤的组成与表面状态，其中最为化都取决于土壤的组成与表面状态，其中最为重要的是重要的是腐殖质含量腐殖质含量。含量愈高，反射率愈低，。含量愈高，反射率愈低，光谱的曲线愈趋低平，这是总的规律。但应注光谱的曲线愈趋低平，这是总的规律。但应注意腐殖质的组分如胡敏酸、富里酸等之间的光意腐殖质的组分如胡敏酸、富里酸等之间的光谱特性差异颇大，对土壤光谱特性的影响也
7、就谱特性差异颇大，对土壤光谱特性的影响也就有所不同。有所不同。v 此外，此外，土壤湿度土壤湿度对反射特性的巨大影响绝对反射特性的巨大影响绝对不能忽视。对不能忽视。v 土壤的土壤的机械组成机械组成即质地与表面状况对光谱即质地与表面状况对光谱反射率也有明显影响。反射率也有明显影响。 7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv7.1.2 土壤的热红外辐射特征土壤的热红外辐射特征 土壤的热红外和微波辐射、散射特性与土壤的热红外和微波辐射、散射特性与岩矿有许多类似之处，但
8、由于土壤是疏松的有岩矿有许多类似之处，但由于土壤是疏松的有机和无机复合体，固、液、气三相共存，成分机和无机复合体，固、液、气三相共存，成分多样，且处于相互消长、快速多变之中，故更多样，且处于相互消长、快速多变之中，故更为复杂。为复杂。 其中其中土壤含水量土壤含水量是造成是造成土壤表面温度差土壤表面温度差异异，乃至热红外辐射变化的主要因素。，乃至热红外辐射变化的主要因素。7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv7.1.3 土壤的的微波辐射土壤的的微波辐射v 关于
9、土壤的微波辐射特性，根据肖金凯关于土壤的微波辐射特性，根据肖金凯的初步研究，不论何种土壤类型，在的初步研究，不论何种土壤类型，在105烘烘干状态下，其介电常数均在干状态下，其介电常数均在5左右，加水之后，左右，加水之后，介电常数近线性上升，不同类型土壤，上升幅介电常数近线性上升，不同类型土壤，上升幅度稍有差异，表明土壤的介电常数主要由度稍有差异，表明土壤的介电常数主要由土壤土壤含水量含水量决定，与土壤成分和性质有一定关系但决定，与土壤成分和性质有一定关系但不是很大。不是很大。7.1 土壤波谱特征及其变化规律土壤波谱特征及其变化规律王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography
10、Analysis for Remote Sensingv7.3.2 土壤侵蚀调查与监测土壤侵蚀调查与监测土壤侵蚀是指地表缺乏植被保护时，表土或土体土壤侵蚀是指地表缺乏植被保护时，表土或土体在外营力作用下被冲刷、剥蚀、迁移和堆积的在外营力作用下被冲刷、剥蚀、迁移和堆积的现象。现象。外营力通常可分为外营力通常可分为水蚀水蚀（溶蚀、溅蚀、冲蚀）；（溶蚀、溅蚀、冲蚀）；风蚀风蚀（滑动、跳跃、吹扬（滑动、跳跃、吹扬；重力重力侵蚀（滑坍、侵蚀（滑坍、崩坍、泻溜）等类型。崩坍、泻溜）等类型。土壤侵蚀不仅使土壤结构破坏，土层减薄，土壤退化、沙化，肥力土壤侵蚀不仅使土壤结构破坏，土层减薄，土壤退化、沙化，肥力降
11、低，甚至使地面破碎，沟壑纵横，土壤资源质量严重下降。降低，甚至使地面破碎，沟壑纵横，土壤资源质量严重下降。土壤侵蚀的发生虽有其自然原因但不合理地利用土壤资源，如滥伐土壤侵蚀的发生虽有其自然原因但不合理地利用土壤资源，如滥伐林木、过度放牧、陡坡开垦则是加速土壤侵蚀的发生和发展的重林木、过度放牧、陡坡开垦则是加速土壤侵蚀的发生和发展的重要原因。要原因。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 遥感和地理信息系统技术，为区域土壤侵遥感和地理信息系统技术，为区域土壤侵蚀监测和预报提供了有力
12、的手段。蚀监测和预报提供了有力的手段。v遥感能够提供实时、同步、大范围的地表信息遥感能够提供实时、同步、大范围的地表信息，遥感图像可清楚遥感图像可清楚地地反映土壤侵蚀的环境条件、侵蚀的程度和类反映土壤侵蚀的环境条件、侵蚀的程度和类型。型。vGIS则能够在空间范围内对多源、多时相的信息进行组合、集成、则能够在空间范围内对多源、多时相的信息进行组合、集成、提取等拓扑分析。提取等拓扑分析。v利用遥感信息源，辅以其它相关的专题信息利用遥感信息源，辅以其它相关的专题信息(包括专题图件、统计包括专题图件、统计资料资料)、野外实况调查以及样方测量方法，即可有效地进行、野外实况调查以及样方测量方法，即可有效地
13、进行土壤土壤侵蚀分区、分类、分级判别和制图侵蚀分区、分类、分级判别和制图，定量分析不同定量分析不同程度侵蚀的分布和面积，从而为水土保持规划与决策、生态建设程度侵蚀的分布和面积，从而为水土保持规划与决策、生态建设等提供信息支持服务。等提供信息支持服务。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 土壤侵蚀分类分级遥感定量方法，包括两土壤侵蚀分类分级遥感定量方法，包括两方面内容：第一是通过遥感信息和非遥感信息方面内容：第一是通过遥感信息和非遥感信息的综合分析，的综合分析，确定侵蚀类型确定侵
14、蚀类型；第二是根据不同；第二是根据不同侵蚀类型，按照各类侵蚀强度模型的因子匹配侵蚀类型，按照各类侵蚀强度模型的因子匹配关系，通过关系，通过RS和和GIS技术相结合提取技术相结合提取侵蚀量侵蚀量因子值因子值。v 侵蚀成因类型的解译，可以从两方面分析：侵蚀成因类型的解译，可以从两方面分析：一方面是通过对侵蚀类型区的解译确定侵蚀类一方面是通过对侵蚀类型区的解译确定侵蚀类型的分布区域，另一方面是通过判别不同侵蚀型的分布区域，另一方面是通过判别不同侵蚀类型过渡处图斑的侵蚀类型确定不同侵蚀类型类型过渡处图斑的侵蚀类型确定不同侵蚀类型的界线。的界线。7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥
15、感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv（1）土壤侵蚀强度分级及遥感数据处理）土壤侵蚀强度分级及遥感数据处理 土壤侵蚀强度分级根据全国土壤侵蚀调查规程，按下表进行土壤侵蚀强度分级根据全国土壤侵蚀调查规程，按下表进行分级。分级。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing不同水力侵蚀类型强度分级参考指标不同水力侵蚀类型强度分级参考指标 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析不同水力侵蚀类型强度分级参考指标不同水力侵蚀类型强度分级参考指标王细元
16、 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing（2）土壤侵蚀遥感技术调查监测的信息源选择）土壤侵蚀遥感技术调查监测的信息源选择 我国应用遥感技术编制了我国应用遥感技术编制了1:50万、万、1:20万、万、1:10万、万、1:5万、在局部地区编制万、在局部地区编制了了1:2.5万至万至1:1万的各种比例尺的土壤侵蚀万的各种比例尺的土壤侵蚀图，其中早期应用了图，其中早期应用了MSS、TM，后来也应用，后来也应用了了SPOT4以及各地区摄影的全色及彩红外航以及各地区摄影的全色及彩红外航空像片空像片(在山西、宁夏大量应用了彩红外航片在山
17、西、宁夏大量应用了彩红外航片)、近期在有些地区开始应用中巴资源、近期在有些地区开始应用中巴资源1号星，号星，SPOT5号星以及号星以及IKONOS等遥感信息源进行等遥感信息源进行土壤侵蚀调查和监测。土壤侵蚀调查和监测。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensin
18、gv（3）3S技术在土壤侵蚀调查监测中的应用技术在土壤侵蚀调查监测中的应用 遥感与遥感与GIS和和GPS的结合集成，在水土的结合集成，在水土流失、土壤侵蚀等自动制图方面有很好的应用流失、土壤侵蚀等自动制图方面有很好的应用潜力。将遥感图像与潜力。将遥感图像与DEM叠合后可以编制叠合后可以编制土土壤侵蚀强度等级图壤侵蚀强度等级图，应用，应用GIS管理的大量空间管理的大量空间数据，可以随时查询、统计分析、或根据需要数据，可以随时查询、统计分析、或根据需要进行相关空间分析，而进行相关空间分析，而GPS可对不同时期、大可对不同时期、大小面积的滑坡、塌陷进行定位和面积测定，对小面积的滑坡、塌陷进行定位和面
19、积测定，对沟堑切割深度及深度进展速度进行测定，也可沟堑切割深度及深度进展速度进行测定，也可作为遥感图像进行土壤侵蚀相关因子的地面补作为遥感图像进行土壤侵蚀相关因子的地面补充测定，训练样地选择和地面检验。充测定，训练样地选择和地面检验。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing西安市水土流失动态变化及对策研究西安市水土流失动态变化及对策研究冯晓刚冯晓刚v2 研究方法研究方法v2. 1 地形因子提取：利用地形因子提取：利用DEM提取坡度坡向提取坡度坡向v2. 2 植被盖度提取：利用植被盖度
20、提取：利用NDVI提取植被盖度提取植被盖度F= ( N D V I - N DV Im in ) / ( N DV Imax - N DV Imin )F= ( N D V I - N DV Im in ) / ( N DV Imax - N DV Imin )v2. 3 土地利用类型的提取：监督分类、非监督分类土地利用类型的提取：监督分类、非监督分类建设和居民用地、耕地、林地、水域、牧草地、为开发地建设和居民用地、耕地、林地、水域、牧草地、为开发地v2. 4 基于基于R S 的土壤侵蚀判读指标的土壤侵蚀判读指标王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis
21、for Remote Sensingv土壤侵蚀分类分级标准土壤侵蚀分类分级标准王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv结果结果v分级指标分级指标王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing张家界市水土流失遥感调查与监测张家界市水土流失遥感调查与监测黄树春黄树春v数据源：数据源： 遥感数据分别是遥感数据分别是 1975 年年 MSS、2000 年前后年前后的的TM /ETM 和和 2007 年年 SPOT 5 共共 3 个时相的个时相的卫星数据
22、卫星数据, 辅助数据还包括辅助数据还包括 1 !10万土地利用图、万土地利用图、1 !1万土地利用图、万土地利用图、1 !5万万 DRG、1 !5 万万 DEM、1 !5万地质图、万地质图、1 !5万水文地质图、降水量和植被覆盖万水文地质图、降水量和植被覆盖等资料。等资料。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv方法：方法：v数据预处理：正射纠正、直方图均衡化、线性拉伸、数据预处理：正射纠正、直方图均衡化、线性拉伸、色谱平衡、对比度扩展等色谱平衡、对比度扩展等v水土流失信息提取：水土流失信息提取： 用用1：5万地形
23、图生成万地形图生成DEM，做坡向分析，做坡向分析 用用NDVI，计算植被覆盖度。，计算植被覆盖度。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv结果结果王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingvhttp:/ 国际科学数据服务台国际科学数据服务台http:/glcf.umiacs.umd.edu/data/http:/glovis.usgs.gov/【美国地质调查局美国地质调查局 速度很速度很慢慢30KB/S以下，比以下，比CSDB多多】王细元
24、城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote SensingvSRTM地形数据按精度可以分为地形数据按精度可以分为SRTM1和和SRTM3，分别对应的分辨率精度为分别对应的分辨率精度为30米和米和90米数据（目前公米数据（目前公开数据为开数据为90米分辨率的数据）。米分辨率的数据）。v全球全球30米分辨率数字高程数据产品米分辨率数字高程数据产品v经度：经度：1度度v维度：北为正，南为负维度：北为正，南为负v分辨率：分辨率：30m王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing
25、图像拼接图像拼接数据预数据预处理处理镶嵌镶嵌图像图像镶嵌镶嵌工具工具王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing增加图增加图像像输入图像颜输入图像颜色纠正色纠正设置插设置插入模型入模型设置重叠部设置重叠部分函数分函数设置输设置输出出运行，运行，并输出并输出王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv淮安淮安v洪泽湖洪泽湖王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote SensingERDAS
26、中坡度、坡向中坡度、坡向解译解译地形地形分析分析坡度坡度分析分析坡向坡向分析分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv水土流失是不利的自然条件与人类不合理的经济活动水土流失是不利的自然条件与人类不合理的经济活动互相交织作用产生的。互相交织作用产生的。v不利的自然条件主要是：地面不利的自然条件主要是：地面坡度坡度陡峭，土体的性质陡峭，土体的性质松软易蚀，松软易蚀，高强度暴雨高强度暴雨，地面没有，地面没有林草林草等植被覆盖。等植被覆盖。v水土流失对当地和河流下游的生态环境、生产、生活水土流失对当地和河流下游的生态环境
27、、生产、生活和经济发展都造成极大的危害。和经济发展都造成极大的危害。v水土流失破坏地面完整，降低土壤肥力，造成土地硬水土流失破坏地面完整，降低土壤肥力，造成土地硬石化、沙化，影响农业生产，威胁城镇安全，加剧干石化、沙化，影响农业生产，威胁城镇安全，加剧干旱等自然灾害的发生、发展，导致群众生活贫困、生旱等自然灾害的发生、发展，导致群众生活贫困、生产条件恶化，阻碍经济、社会的可持续发展。产条件恶化，阻碍经济、社会的可持续发展。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv水土流失是在湿润或半湿润地区，由于植被破坏严重水土流失
28、是在湿润或半湿润地区，由于植被破坏严重导致的。如果是在干旱地区的植被破坏，会导致沙尘导致的。如果是在干旱地区的植被破坏，会导致沙尘暴或者土地荒漠化，而不是水土流失。暴或者土地荒漠化，而不是水土流失。 v因为植被破坏严重，再加上雨水和地表水的冲刷，因为植被破坏严重，再加上雨水和地表水的冲刷，导致水土流失。导致水土流失。 v加大植被的覆盖率，可以保持水土，也就是防止加大植被的覆盖率，可以保持水土，也就是防止水土流失的发生。水土流失的发生。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv7.3.3 土壤水分监测与干旱灾害预测土壤
29、水分监测与干旱灾害预测v（1）土壤水分遥感的原理与方法）土壤水分遥感的原理与方法 土壤水分（即土壤湿度、土壤含水量），土壤水分（即土壤湿度、土壤含水量），作为陆面水资源形成、转化、消耗过程研究中作为陆面水资源形成、转化、消耗过程研究中的基本系数，是联系地表水与地下水的纽带，的基本系数，是联系地表水与地下水的纽带，也是研究地表能量交换的基本要素，并对气候也是研究地表能量交换的基本要素，并对气候变化起着非常重要的作用。变化起着非常重要的作用。 土壤水分的变化能影响其本身的水热过程，土壤水分的变化能影响其本身的水热过程，使地表参数发生变化，如地表反照率、土壤热使地表参数发生变化，如地表反照率、土壤热
30、容量、地表蒸发和植被生长状况等。容量、地表蒸发和植被生长状况等。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv遥感数据中的土壤含水量信息遥感数据中的土壤含水量信息 根据地物波谱的测定，在可见光部分干根据地物波谱的测定，在可见光部分干燥土壤的反射光谱比潮温土壤的反射光谱平行燥土壤的反射光谱比潮温土壤的反射光谱平行抬高一段反射率。随着含水量的多寡，抬高的抬高一段反射率。随着含水量的多寡，抬高的距离大小不同。因此，早期遥感研究中有用可距离大小不同。因此，早期遥感研究中有用可见光波段测定土壤含水
31、量的尝试。见光波段测定土壤含水量的尝试。 近红外波段对水的反映灵敏，水对近红近红外波段对水的反映灵敏，水对近红外光完全吸收。因此含水量高的土壤在近红外外光完全吸收。因此含水量高的土壤在近红外波段上呈暗色调，地物波谱曲线不是平行降低，波段上呈暗色调，地物波谱曲线不是平行降低，而是陡坡降低。因此早期与可见光波段同时使而是陡坡降低。因此早期与可见光波段同时使用推测土壤含水量。用推测土壤含水量。7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 中红外波段对高温反应灵敏，是林火的中红外波段对高温反应灵敏
32、，是林火的探测波段。反之，土壤十分干燥时温度较高，探测波段。反之，土壤十分干燥时温度较高，在中红外遥感影像上有反映。也就是说，如果在中红外遥感影像上有反映。也就是说，如果求土壤的干燥度时，用中红外波段效果较好。求土壤的干燥度时，用中红外波段效果较好。 热红外波段对常温反映灵敏，土壤温度热红外波段对常温反映灵敏，土壤温度与湿度关系密切，因此热红外遥感数据中也包与湿度关系密切，因此热红外遥感数据中也包含了土壤含水量的信息。含了土壤含水量的信息。 微波波段对水的反映极其灵敏，很薄的微波波段对水的反映极其灵敏，很薄的水层就可以屏蔽微波辐射。因此许多国内外的水层就可以屏蔽微波辐射。因此许多国内外的学者都
33、认为微波是探测土壤含水量最佳的波段。学者都认为微波是探测土壤含水量最佳的波段。7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 目前，人们多从热红外与微波遥感入手监目前，人们多从热红外与微波遥感入手监测土壤水分，依据土壤水分平衡及热量平衡的测土壤水分，依据土壤水分平衡及热量平衡的原理，通过地表热通量方程及地表能量平衡边原理，通过地表热通量方程及地表能量平衡边界条件，从遥感成像机理出发，运用热红外遥界条件，从遥感成像机理出发，运用热红外遥感的土壤热惯量、植物蒸散、作物缺水指数等感的土壤热惯量、
34、植物蒸散、作物缺水指数等方法，以及微波遥感的土壤辐射亮温、土壤介方法，以及微波遥感的土壤辐射亮温、土壤介电常数与土壤水分的关系等，建立遥感数据与电常数与土壤水分的关系等，建立遥感数据与地面测量值间的经验地面测量值间的经验半经验统计回归模型、半经验统计回归模型、数值模拟方程（如水热耦合传输方程）等，并数值模拟方程（如水热耦合传输方程）等，并借助借助GIS的支持、通过引入辅助参数，以提高的支持、通过引入辅助参数，以提高遥感土壤水分、旱情监测的精度和时效。遥感土壤水分、旱情监测的精度和时效。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analys
35、is for Remote Sensing7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析v（2）干旱遥感监测）干旱遥感监测v 通常通常干旱是指某地团长期没有降水或降水干旱是指某地团长期没有降水或降水显著偏少造成空气干燥、土壤缺水甚至干涸的显著偏少造成空气干燥、土壤缺水甚至干涸的现象现象。 干旱没有唯一的标准，可以从各个方面去干旱没有唯一的标准，可以从各个方面去定义，但都离不开水和植被。遥感监测干旱也定义，但都离不开水和植被。遥感监测干旱也基于土壤水分和植被状况。基于土壤水分和植被状况。 对于裸地，卫星遥感的重点是土壤含水量；对于裸地，卫星遥感的重点是土壤含水量；对于有植被覆盖的区域，卫星遥感的重点是对于有植
36、被覆盖的区域，卫星遥感的重点是植植被指数被指数的变化及的变化及植被冠层蒸腾植被冠层蒸腾状况的变化。状况的变化。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 1、热惯量法、热惯量法 v 热惯量法主要用于裸露土壤。它是用热红热惯量法主要用于裸露土壤。它是用热红外方法遥感湿度。外方法遥感湿度。l 其中P为热惯量，即卫星间接遥感量，T0为每日最高温度和最低温度之差，A为全波段反照率，B为常数。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv由于系统本身有
37、一定的热容量，系统传热介质具有一由于系统本身有一定的热容量，系统传热介质具有一定的导热能力，所以当系统被加热或冷却时，系统温定的导热能力，所以当系统被加热或冷却时，系统温度上升或下降往往需要经过一定的时间，这种性质成度上升或下降往往需要经过一定的时间，这种性质成为系统的热惯量为系统的热惯量(Thermal inertia)。系统的热容量。系统的热容量与材料的比热容和体积有关，传热介质的传热能力用与材料的比热容和体积有关，传热介质的传热能力用热阻表示。系统的热容量越大，它的热惯量越大；介热阻表示。系统的热容量越大，它的热惯量越大；介质的热阻越大，系统的热惯量也越大。质的热阻越大，系统的热惯量也越
38、大。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 通常用统计方法建立土壤水分遥感模型，通常用统计方法建立土壤水分遥感模型，但目前国内建立的多是线性模型，而幂函数模但目前国内建立的多是线性模型，而幂函数模型比线性模型好，因此它的物理意义与上述公型比线性模型好，因此它的物理意义与上述公式的数字表达式相一致，试验结果表明拟合精式的数字表达式相一致，试验结果表明拟合精度也比其它函数形式的拟合精度高，幂函数形度也比其它函数形式的拟合精度高，幂函数形式为：式为：l 式中，为土壤水分，是拟合系数（最小二乘法拟合），P是热惯量。 王细
39、元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 2、植被供水指数法、植被供水指数法 v 热惯量方法只对裸露土壤适用，因为在有热惯量方法只对裸露土壤适用，因为在有植被覆盖情况下，特别是在植被覆盖度很高时，植被覆盖情况下，特别是在植被覆盖度很高时，植被改变了土壤的热传导性质，而旱灾发生的植被改变了土壤的热传导性质，而旱灾发生的季节，植被覆盖率年往往很高。为了对高植被季节，植被覆盖率年往往很高。为了对高植被覆盖区农作物的旱灾进行遥感监测，中国气象覆盖区农作物的旱灾进行遥感监测，中国气象局国家卫星气象中心发展了局国家卫星气象中心发展了
40、“植被供水指数法植被供水指数法”。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 其物理意义是：其物理意义是： l 当作物供水正常时，卫星遥感的植被指数在一定的生长期内保持在一定的范围，而卫星遥感的作物冠层温度也保持在一定的范围内； l 如果遇到干旱，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，卫星遥感的植被指数将降低，另一方面作物的冠层温度将会升高，这是由于干旱造成的作物供水不足，作物没有足够的水供给叶子表面的蒸发（蒸发带走热量），被迫关闭一部分气孔，致使植被冠层温度升高。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Ge
41、ography Analysis for Remote Sensingv 植被供水指数的定义式为：植被供水指数的定义式为： VSWINDVIT5 v 这里这里T5是美国是美国NOAA卫星或我国卫星或我国FYl卫星遥感卫星遥感到的作物冠层温度。到的作物冠层温度。 vVSWI越低表示干旱越严重。越低表示干旱越严重。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 3、植被指数法、植被指数法 v 植被长势受到许多因素的影响。在干旱年植被长势受到许多因素的影响。在干旱年份，水对植被长势起关键作用。水分亏缺，植份，水对植被长势起关键作
42、用。水分亏缺，植被长势不好，叶面积指数下降，叶子内的叶绿被长势不好，叶面积指数下降，叶子内的叶绿素减少，它对太阳的近红外光的反射能力降低，素减少，它对太阳的近红外光的反射能力降低，卫星遥感得到的植被指数会明显降低。以此来卫星遥感得到的植被指数会明显降低。以此来表明干旱程度，就是监测干旱的植被指数法。表明干旱程度，就是监测干旱的植被指数法。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 4、距平植被指数法、距平植被指数法v 为了监测大范围作物干旱，中国气象局国为了监测大范围作物干旱，中国气象局国家卫星气象中心还发展了距平植被
43、指数法。它家卫星气象中心还发展了距平植被指数法。它是用植被指数（是用植被指数（NDVI）多年的旬（月）平均）多年的旬（月）平均值作为背景值，然后用作物受灾旬或月的植被值作为背景值，然后用作物受灾旬或月的植被指数（指数（NDVI）减去背景值。）减去背景值。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 求旬、月植被指数，每旬需求旬、月植被指数，每旬需30多条轨道卫多条轨道卫星资料，每月需星资料，每月需90多条轨道卫星资料，才能多条轨道卫星资料，才能消去云的影响，监测全国范围的干旱。经过进消去云的影响，监测全国范围的干旱。经
44、过进一步的工作，可以做出每旬的全国范围具有国一步的工作，可以做出每旬的全国范围具有国界省界标志的植被态势图像或数字打印图，以界省界标志的植被态势图像或数字打印图，以供植被长势供植被长势干旱状况分析判断。对于中国，干旱状况分析判断。对于中国，该图范围可为东经该图范围可为东经74135，北纬，北纬1257，图像空间分辨率约为，图像空间分辨率约为6km。王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingl旱情遥感监测评估王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensi
45、ng v 距平植被指数距平植被指数 ：v AVI=NDVIi-NDVIv 式中，式中，NDVIi为某一特定年某一时期为某一特定年某一时期（ 如旬、月等）如旬、月等）NDVI 的值，的值， NDVI为多为多年该时期年该时期NDVI的平均值。的平均值。v 一般而言，距平植被指数为一般而言，距平植被指数为0.10.2表示旱情出现，表示旱情出现，0.30.6 表示旱情严表示旱情严重。对重。对1992年河南省的旱情（大旱）研究年河南省的旱情（大旱）研究后认为，在山区应用距平植被指数的效果比后认为，在山区应用距平植被指数的效果比降水距平好，并认为是由于山区降水容易流降水距平好，并认为是由于山区降水容易流失
46、所致。失所致。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 5、条件植被指数、条件植被指数 v条件植被指数（条件植被指数（Vegetation Condition Index，VCI）：）： l 式中， NDVIi为某一特定年第i 个时期的NDVI值，NDVImax和NDVImin分别代表所研究年限内第i 个时期NDVI 的最大值和最小值。l VCI=（NDVIiNDVImax）/(NDVImax-NDVImin)*100 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Rem
47、ote Sensingv 分母部分是在研究年限内第分母部分是在研究年限内第i 个时期植被指数的个时期植被指数的最大值和最小值之差，它在一定意义上代表了最大值和最小值之差，它在一定意义上代表了NDVI 的最大变化范围，反映了当地植被的生境；的最大变化范围，反映了当地植被的生境；l 分子部分在一定意义上表示了某一特定年第i个时期的当地气象信息，若NDVImax和NDVImin之间差值小，表示该时段作物长势很差。l VCI=（NDVIiNDVImax）/(NDVImax-NDVImin)*100 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote
48、Sensingv 有学者发现应用有学者发现应用VCI 动态地监测干旱的范围及其动态地监测干旱的范围及其边界比应用其它方法如边界比应用其它方法如NDVI 和降水量的监测更有效、和降水量的监测更有效、更实用。同时认为更实用。同时认为NDVI 适用于研究大尺度范围的气适用于研究大尺度范围的气候变异，而候变异，而VCI 适用于估算区域级的干旱程度。适用于估算区域级的干旱程度。v 对对VCI 和和AVI 来说，地表覆盖类型的年际间变化可来说，地表覆盖类型的年际间变化可能影响到干旱监测的准确性，因而在解释监测结果时能影响到干旱监测的准确性，因而在解释监测结果时应该有可靠的最新的土地覆盖类型图。另外，它们仅
49、应该有可靠的最新的土地覆盖类型图。另外，它们仅仅考虑由于水分胁迫导致仅考虑由于水分胁迫导致NDVI 降低的状况，未考虑降低的状况，未考虑到其它因素如气温导致到其它因素如气温导致NDVI 降低的现实。降低的现实。 王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing10cm土壤水分图20cm土壤水分图50cm土壤水分图黑龙江省旱情监测图黑龙江省旱情监测图 （2002年年7月月8日）日）王细元 城市与环境学院遥 感
50、地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing气象卫星干旱监测图1999年2月28日图例王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing干旱监测王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Se
51、nsing王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 其他方法还有：其他方法还有：6, 条件植被温度指数法条件植被温度指数法7, 植被指数日较差校正法植被指数日较差校正法8，植被指数温度斜率法，植被指数温度斜率法9，微波遥感方法等，微波遥感方法等王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv7.3.4 土壤盐分监测土壤盐分监测 盐
52、渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的统称。盐土是指土壤中可溶盐含量达化土壤的统称。盐土是指土壤中可溶盐含量达到对作物生长有显著危害程度的土类。碱土则到对作物生长有显著危害程度的土类。碱土则含有危害植物生长和改变土壤性质的多量交换含有危害植物生长和改变土壤性质的多量交换性钠，又称钠质土。性钠，又称钠质土。 对于土壤盐渍化的监测方法，常规是进对于土壤盐渍化的监测方法，常规是进行野外调查。但是，传统的野外调查需要大量行野外调查。但是，传统的野外调查需要大量的人力物力和时间，而且盐渍土的空间分布、的人力物力和时间，而且盐渍土的空间分布、质量和数量特征，随着时间的推
53、移在不断地变质量和数量特征，随着时间的推移在不断地变化，具有极强的动态性，常规的野外调查技术化，具有极强的动态性，常规的野外调查技术很难获得大面积的实时的现势的盐渍地信息。很难获得大面积的实时的现势的盐渍地信息。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensingv 现今各国都很重视用各种先进的遥感技术现今各国都很重视用各种先进的遥感技术手段进行土壤盐渍化的动态研究。土壤盐渍化手段进行土壤盐渍化的动态研究。土壤盐渍化的遥感监测是基于遥感技术的发展而不断进步。的遥感监测是基于遥感技术的发展而不断进
54、步。 不论目视判读还是计算机自动分类，盐不论目视判读还是计算机自动分类，盐渍土信息提取主要是基于光谱响应特征。渍土信息提取主要是基于光谱响应特征。BaoB.R.C 1995年作了盐渍土光谱特征的专年作了盐渍土光谱特征的专门研究，认为与一般耕地相比，盐渍土在可见门研究，认为与一般耕地相比，盐渍土在可见光和近红外波段光谱反射强；土壤盐渍化程度光和近红外波段光谱反射强；土壤盐渍化程度越高，光谱反射越强；在红光和绿光波段，地越高，光谱反射越强；在红光和绿光波段，地面植被覆盖影响盐渍土的光谱响应，另外，太面植被覆盖影响盐渍土的光谱响应，另外，太阳高度角、土壤含水量也会影响盐渍土的响应阳高度角、土壤含水量
55、也会影响盐渍土的响应模式。模式。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing 近几年，微波技术已开始逐渐运用到近几年，微波技术已开始逐渐运用到土壤盐渍化的监测领域。土壤盐渍化的监测领域。Taylor.G.R 1996年用雷达数据监测澳大利亚西维多利亚地区，年用雷达数据监测澳大利亚西维多利亚地区，金字塔山城周围灌区的盐渍土分布，认为金字塔山城周围灌区的盐渍土分布，认为L波波段能很好地区分盐渍土和非盐渍土。段能很好地区分盐渍土和非盐渍土。 对于盐渍土遥感调查与动态变化监测研对于盐渍土遥感调查
56、与动态变化监测研究，不能仅仅依靠遥感影像的判读进行室内作究，不能仅仅依靠遥感影像的判读进行室内作业，应以遥感影像数据为依托，以传统的野外业，应以遥感影像数据为依托，以传统的野外调查为辅助，常规监督分类与非监督分类相结调查为辅助，常规监督分类与非监督分类相结合，不断提高盐渍土信息计算机自动提取的精合，不断提高盐渍土信息计算机自动提取的精度，为盐渍土治理与农业的可持续发展以及土度，为盐渍土治理与农业的可持续发展以及土地的利用提供及时、可靠的信息保障。地的利用提供及时、可靠的信息保障。 7.3 土壤遥感分析土壤遥感分析王细元 城市与环境学院遥 感 地 学 分 析Geography Analysis for Remote Sensing本章结束！本章结束！
