基于数据驱动和支持向量机的土壤水分含量反演研究

利用MODIS遥感数据和支持向量机回归算法,反演出研究区土壤含水量。利用分类结果与MODIS L1B日数据,采用Vswi方法反演高植被覆盖区土壤水分,并利用MODIS复合产品数据对低植被覆盖度采用表观热惯量模型。实测数据表明,反演精度大大提高。     

利用MODIS探测华北平原浅层地下水水位变化的初步研究

地下水是陆地最重要的水资源之一,监测地下水水位的动态变化,无论是对于地下水资源评价还是对陆地生态环境变化的研究,都是必需的.传统的水文地质钻孔监测成本高昂且所得数据仅能代表观测孔附近地下水水位.浅层地下水水位影响着浅层岩土含水量,从而影响着地表热惯量,而热惯量可以通过卫星热红外遥感手段获取.因此,通过热惯量的研究,就可以反演浅层地下水的动态变化.利用MODIS地表温度产品以及地表反照率产品计算得到石家庄-保定地区的表观热惯量,并与典型钻孔地下水水位年际变化进行比较分析,建立相关关系,进而推算整个地区的浅层地下水水位的年际变化.初步研究表明,利用热红外遥感是可以估计区域性浅层地下水水位的年际变化的.     

基于时间序列MODIS数据的川续断栽培区土壤水分变化研究

以栽培川续断为研究对象,选择贵州省黔南州龙里县、贵定县的栽培基地为试验区,利用贵州省2010年全年的MODIS植被和温度产品,采用Ts-NDVI特征空间模型,先构建温度植被干旱指数(temperature-NDVI dryness index,TVDI),再通过TVDI与土壤水分的经验关系,反演得到试验区的土壤水分分布图.利用时间序列分析,得到了试验区土壤水分的年内变化特征.从总体上看,从春末到秋初,栽培区的土壤水分比较稳定,变化相对其他时段较小.初春时节,土壤含水量最低.进入秋季后,土壤含水量变化剧烈.在冬季,土壤水分则是先上升后下降,且变化幅度最大.此外,将遥感反演结果与同一时段的两次实地测定的土壤水分进行对比验证,发现遥感反演的结果与实测值较接近.研究结果表明利用本文的方法监测中药材栽培区的土壤水分含量切实可行.     

基于星载被动微波遥感的地表土壤湿度反演

为了解决传统地面测量站网络不能满足大尺度土壤水分的时、空间变化的问题,而利用微波在土壤水分反演方面具有的独特优势,总结了被动微波遥感模态反演土壤湿度的规律,提出了利用双谱模型计算土壤表面的发射率的方法,并对实验区进行了成功的地表土壤水分反演,取得了理想的结果,该成果对于利用被动遥感技术反演土壤湿度具有一定的技术推广意义。     

长江中下游流域土壤湿度遥感反演研究及其影响因素分析

土壤湿度是水文学、气象学及农业科学研究领域的重要指标参数,对气候、农业、旱情监测都有重要意义.利用MODIS数据产品MOD09A1、MOD11A2和MOD13A2获取表观热惯量(ATI)和植被供水指数(VSWI)模型中的关键参数,以NDVI作为判别阈值将ATI和VSWI相结合建立集合土壤湿度反演模型,用预留的实测数据对模型进行了验证.并从土地覆盖类型、高程、坡度等方面进一步分析了长江中下游流域土壤湿度的分布规律,研究区土壤相对湿度随土地覆盖类型、高程及坡度等因素的变化呈明显的分异规律.结果表明,基于ATI和VSWI的集合土壤湿度反演模型结合两种模型的优点,实现了优势互补,提高土壤相对湿度反演的精度.     

遥感监测干旱的方法综述

土壤水分是土壤的重要组成部分,在地-气界面间物质、能量交换中起着重要的作用。遥感技术具有大面积同步观测,时效性,全天候性、经济性的特点,为大面积动态监测土壤水分提供了可能。本文简述了目前的几种主要遥感监测土壤水分的方法:热惯量法、温度植被指数法、作物缺水指数法、高光谱法和微波遥感法。并分析了各种方法的原理和优劣,最后总结并展望了土壤水分遥感监测方法的发展趋势。     

土壤水分运移温度效应的数值研究

分析了土壤水分运移温度效应的机理,基于“表面张力-粘滞流理论”对“六场-相变-扩散模型”中的土水势、非饱和水力传导系数和水分扩散系数三个参数进行了改进,即考虑了它们的温度效应,继而通过对0.2 m×0.2 m的二维砂土剖面的热湿耦合运移进行了为期60 d的数值计算,通过比较原模型和改进模型的计算结果,考察了土壤水分运移温度效应的大小.计算结果表明:第10 d,20 d,30 d,40 d,50 d和60 d时,温度效应对土壤水分含量的相对影响分别为4.98%,5.57%,6.23%,6.96%,7.78%和8.7%.同时发现,土壤水分运移的温度效应在土壤表层表现得最为明显.     

田间土壤水分特征曲线参数反演

针对非饱和土壤水分特征曲线传统测定手段耗时长、成本高且精度存在明显不确定性等问题,研究了土壤水分特征曲线参数估计的数值反演方法,建立了数值反演计算的数学模型,提出了反演计算方法,并将反演结果与室内试验数据进行了比较,同时采用田间实测数据进行了验证.结果表明,此反演计算方法推求的土壤水分特征曲线参数与试验实测值具有很好的一致性,可以用于田间复杂情况下参数的推求.     

一种基于AMSR-E和ASAR数据的土壤水分协同反演方法

在缺乏卫星过境时地面同步观测数据的情况下, 大范围高时空分辨率的土壤水分监测存在一定的困难。针对这一问题, 提出一种不依赖地面土壤水分同步观测数据的主、被动微波协同反演逐日高空间分辨率的土壤水分观测新方法。该方法将补偿后的 AMSR-E 土壤水分作为“高时间分辨率土壤水分观测控制值”, 以此计算逐日土壤水分变化量, 并结合 ASAR 交替极化模式数据, 反演高空间分辨率的土壤水分基准日期值, 然后基于两者建立土壤水分协同反演模型。该模型适用于地势比较平坦、地表粗糙度较小且无植被覆盖或植被覆盖度较低的区域。在陕西省渭北台塬西部地区的试验结果表明: 该方法参数拟合的决定系数约为0.81; 反演得到的土壤水分与凤翔县农业气象站地面实测土壤湿度数据对比, 两者的决定系数为 0.92, 土壤体积含水量的均方根误差为0.025。反演结果可用于水分限制条件下作物生长模拟。     

地面实验条件下土壤水分微波辐射特性

为解决被动微波遥感反演土壤水分问题,通过C、KU两个波段微波辐射计对不同水分的裸露地表的土壤微波辐射特性进行实验研究,分析土壤湿度与土壤的微波发射率之间的定量关系,建立了土壤湿度与微波发射率的经验模型.研究结果表明:在土壤表面平整时,土壤湿度与土壤微波发射率呈线性负相关,即随着土壤湿度的增加,土壤微波发射率线性下降.在入射角为30°~50°范围内,无论是垂直还是水平极化,30°入射角时微波对土壤测湿灵敏度最大,表明在入射角30°的水平极化下微波反演土壤水分的效果最好.     

运用响应面法的工程废土综合改性优化

基于响应面法中的Box-Behnken试验设计方法,在考虑因素间交互作用的基础上对工程废土进行综合改性优化研究.构建成型压力、混合料含水率、水泥掺量及细石掺量等因素与改性后工程废土表观密度、抗压强度、导热系数和软化系数等指标间的响应面,探索各因素对响应指标的影响规律.通过回归模型修正、试验验证获取适用于工程废土综合改性优化指标响应值预测的回归模型方程.结果表明:考虑工艺成本,工程废土在进行综合改性优化时,成型压力、混合料含水率、水泥掺量和细石掺量的最优取值范围分别为15~25 MPa,10.5%~12.5%,8%~12%和3%~6%;各影响因素对改性后工程废土的表观密度、抗压强度、导热系数和软化系数等指标的影响显著程度均不相同,且存在交互作用;修正后的改性工程废土指标响应值回归模型经试验验证,最大偏差值为6.07%,适用于工程废土改性方案的优化和各指标响应值的预测.     

基于MODIS的神东矿区土壤湿度变化监测

 地表土壤湿度是矿区环境监测的内容之一,对判别采矿扰动地表程度具有重要意义。本文以中国西北干旱地区的神东矿区为试验区,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和热惯量法,对矿区地表土壤湿度进行了反演;同步选取若干地面点按深度分层进行现场实测,与遥感结果进行比对拟合。结果表明,在局部植被盖度较高的区域,遥感结果与不同深度实测结果相关性较差;在植被稀疏的区域,二者相关性较好,其中遥感结果与10cm土壤湿度相关性最好。对9年低盖度区域的土壤湿度变化情况进行监测发现,与背景区相比,矿区表层土壤并未发生干化。初步分析认为这与矿井水循环利用和矿区环境治理有关。     

被动微波遥感土壤水分代价函数构建研究

在被动微波遥感土壤水分的传统代价函数中,默认垂直极化(V)和水平极化(H)地表微波辐射率观测数据对代价函数值的贡献是相同的;但二者对土壤水分敏感性不同的事实导致设定贡献相同的做法值得商榷。利用AIEM模拟数据集计算不同极化地表微波辐射率对土壤水分及土壤粗糙度的敏感性;并以敏感性程度来定量不同极化地表微波辐射率对反演土壤水分信息的贡献度,发展了裸露地表条件下的双极化被动微波地表辐射率协同提取土壤水分的代价函数。利用模拟数据集,对土壤水分反演算法中传统代价函数和本文发展的代价函数进行了对比。结果表明,在代价函数中考虑不同极化地表微波辐射率数据对土壤水分的敏感性差异,可有效提高裸露地表土壤水分的反演精度。     

土壤水分入渗年变化特性的试验研究

以大田玉米地的土壤水分入渗跟踪试验为依据，分析讨论了土壤水分入渗的年变化特性，结果表明，给定土壤质地，土壤结构由疏松变密实，土壤水分入渗能力逐渐减小，土壤含水率的变化引起土壤水分入渗能力上下变幅。研究结论对于节水灌溉的灌水技术参数的确定和灌水效果的研究具有理论意义，对灌溉的用水管理具有实际意义。     

变电站站址土壤结构分析

土壤分层结构模型是进行接地系统分析设计的基础。采用电磁场理论推导出点电流源在多层土壤条件下的地表电位分布公式 ,并以此为基础推导出用 Wenner法测量得到的视在电阻率与极间距的关系。通过引入非线性目标函数 ,将求土壤参数问题转化为求目标函数的极值问题 ,选用适当的优化计算方法得到与理论值吻合较好的土壤结构参数。所研制的土壤分层软件在实际变电站站址土壤结构分析中得到了应用 ,分析结构与实际结构基本吻合     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

人工冻结粘性土的冻胀特性研究

冻结法在矿山建设方面应用已越来越多,冻胀对施工的影响也不容忽视,对冻胀进行研究很有必要.通过自行研制的冻胀仪进行试验,并根据试验结果,比较分析两淮地区人工冻结粘性土在不同地层深度和土质下的冻胀特性,以及相同土样的砂质粘土在不同含水率下的冻胀特性,得出了冻胀力和冻胀率随着地层深度的增加而减小的特性.并研究了相同砂质粘土土样在不同含水量下的冻胀特性,得出了相同土样的砂质粘土冻胀率随着含水量的增大而增大,特别当含水量大于塑限时冻胀增量更大的物理特性,对工程应用具有一定的参考价值.     

含水量变化对土壤温度和水分交换的影响研究

土壤热容量是土壤热性质的重要参数之一.通过试验和分析,研究了地面土壤含水量日变化及含水量垂向分布变化规律,以及不同含水量对土壤温度的日变化影响.试验结果表明,土壤水分的运动和土壤中热量的传输是一个统一不可分割的系统,无地面水分补给时,土壤中的含水量变化与地温的日变化有关,土壤水的热运动是土壤层向蒸发面供水的最重要的因素之一.     

GIS支持下的深层土壤含水量遥感调查方法

分析土壤含水性与土壤反射光谱的函数关系以及遥感像元光谱中土壤光谱与植被光谱的组合关系；根据处于平衡状态时地表层含水率与表层以下不同深度土壤含水率的函数；提出在ＧＩＳ支持下采用多波段卫星数据，在剔除植被影响后定量计算表层土壤含水率，进而推算潜水面深和包气带中不同深度土壤含水率的理论和方法     

垂直一维入渗土壤水分分布与入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立垂直一维入渗土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建模型和方法对一定灌水技术要素组合下土壤水分分布和入渗特性进行数值模拟,结果表明:土壤质地、容重、初始含水率和灌溉水深对土壤水分分布模式影响微弱.土壤质地和容重对土壤含水率变化和累积入渗量影响较大,入渗水头和土壤初始含水率对土壤含水率变化和累积入渗量影响较小.