利用主成分分析法提取土壤湿度信息的技术方法研究.pdfVIP

6 青海气象 2007年第4期 利用主成分分析法提取土壤湿度信息的 技术方法研究 周秉荣 申双和 胡 玲’ (1．青海省气象科学研究所，西宁 810001；2．南京信息工程大学 应用气象系 南京 210044； 3．青海省气象台，西宁 810001) 摘 要：本文沿袭了遥感地物分类中K—L变换的思想，采用主成分分析法，应用MODIS数据的7、2l、29、3l四个红 外波段，融合具有250m分辨率的2通道，建立了青海省多维特征空间土壤湿度监测模型。这种模型的建立克服了 热惯量模型需要多时相数据的缺陷，也考虑了青海高原春季天气特征状况。经初步检验，此模型可以在一定精度 范围之内监测表层土壤湿度，具有业务应用潜力。 关键词：特征空间；MODIS；土壤湿度；主成分分析 1 引言 2 多维特征空间建模 土壤水分含量是重要的农业气象要素之一，它 2．1 模型概述 反映土壤的湿润状况，是农田旱情预报的重要依据。 在遥感地物分类方法中，最常见的就是应用特 因此，准确监测土壤水分含量具有多方面的重要意 征空间进行分类。通过构建特征空间图可以识别地 义。然而，由于影响土壤水分含量的因素很多，大范 物类型，梅安新(2000)分析了训练样本在TM第3、4 围实时监测土壤水分含量目前仍是一个难题。现有 波段上的不同作物二维特征空间分布，认为二维特 的常规土壤水分含量监测方法主要有土钻取土称重 征空间中不同作物域之间一定的交集，但不同作物 法、中子仪法和TDR(时域反射)法等。这些监测方 域的主体仍有一定的差别，如果空间的维数增加，域 法费时、费力，实际能测定的样点的数量有限，因而 和域之间的区别将更加明显，有助于地物类型 识 难于实现大范围地区土壤水分含量的实时动态监 别。 测。而遥感技术的发展，为实现大范围地区土壤水 2690．oo 分含量的实时或准实时动态监测提供了条件¨q 。 2680．0o 应用MODIS数据，进行裸土土壤湿度的监测， 2670．0o 目前较为成熟的技术方法是热惯量法 。热惯量 2660．0o 法可以获得较为满意的监测结果，但其缺点是必须 2650．00 2640．0o 要有白天和夜间两时相的遥感数据，这为实际业务 2630．0o 应用带来了一定困难。尤其在青藏高原，TERRA卫 2620．0o 星夜间过境时，一般多云，很难获得夜间晴空数据。 26l0．0o 因此，应用白天单时相数据监测土壤湿度在高原地 260o．0o z捌jtl 8U 29OO 2920 IqO Z5I60 区有一定的应用前景。郭广猛等人研究认为MODIS 图1 MODI$通道特征空间分布 第7波段的值和土壤表层水分有很好的相关关 系 ，并依此建立了土壤湿度遥感监测模型。在青 对于同一地物如土壤是否也有这样的特征空