冻土遥感研究进展_被动微波遥感.doc

 地球科学进展 ADVANCES IN EAR TH SC IENCE 第 24卷 第 10期 2009年 10月 Vo l. 24 No. 10 O c t. , 2009 文章编号 : 1001 28166 ( 2009) 1021073 211 冻土遥感研究进展 :被动微波遥感 3 张廷军 1 , 2 ,晋 锐 3 ,高 峰 4 ( 1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室 ,甘肃 兰州 730000; 2. 美国雪冰数据中心 ,科罗拉多大学环境科学合作研究所 ,博尔德市 , 80309 20449 ,美国 ; 3. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 ,甘肃 兰州 730000; 730000 ) 4. 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆 ,甘肃 兰州 摘 要 :多年冻土和季节冻土分别占北半球裸露地表的 24 %和 55 % 。近地表土壤冻融的范围 、冻 结起始日期 、持续时间及冻融深度对寒季 /寒区植物生长 、大气与土壤间能量 、水分及温室气体交换 都具有极其重要的影响 。自 20世纪 70年代以来 ,应用卫星遥感结合地面观测资料研究局地到区 域尺度的季节冻土和多年冻土已取得诸多成果 ,而遥感在冻土研究中的最直接应用是利用微波探 测近地表土壤冻融状态 。相对于主动 SAR ,星载被动微波传感器具有多通道观测且重访周期较 高 ,空间分辨率很低的特点 。重点评述了近几十年来被动微波辐射计在冻土研究中的算法发展及 其应用前景 ,主要包括双指标算法 、时间序列变化检测算法及判别树算法 3 类 ,其核心均是基于冻 土的低温特征和“体散射变暗 ”效应 。发展可靠实用的微波遥感土壤冻融状态判别算法 ,提供区域 和全球尺度上的土壤冻融状态信息 ,对水文学 、气象学以及农业科学 、工程地质研究与应用都具有 重要意义 。 关 键 词 :冻融循环 ;被动微波遥感 ;冻土 ;卫星遥感 中图分类号 : P931. 8; TP79 文献标志码 : A 重视 ,其中最直接最有效的方式即利用微波遥感监 测地表冻融循环 。微波受大气影响相对较小 ,可全 天候 、全天时工作 ,且对地表具有一定穿透深度 ,能 够获得地下一定深度范围内的信息 ; 而且微波对土 壤中的水分含量及其状态非常敏感 ,因此根据冻 /融 土壤间显著的介电特性差异导致的微波辐射 /散射 特 征 变 化 , 可 获 取 浅 层 地 表 的 土 壤 水 分 冻 融 1 引 言 据统计 ,北半球陆地表层土壤约有 50 ×106 km2 的范围每年都要历经冻融转换这一过程 [ 1 ] 。地表土 壤的冻结 /融化状态对地气能量交换 、地表径流 、作物 生长和碳循环等均具有重要的影响 [ 2～5 ] 。地表冻融 作为环境温度背景下形成的土壤状态 ,对温度变化非 常敏感 ,因此地表冻结 /融化的范围 、起始日期及持续 时间均可作为气候变化的灵敏指示器 [ 3～5 ] 。 遥感为探测区域尺度冻土状况提供了可行的技 术手 段 , 地 球 观 测 系 统 ( Ea rth O b se rving System , EO S)科学计划中也把冻土遥感列为其重要目标之 一 [ 2 ] ,使得遥感在冻土研究中的应用潜力日益受到 [ 5 , 6 ] 状态 。 近地表土壤冻融循环的被动微波遥感研究虽然 已历经 30年 ,但由于算法实用化的难度 ,它至今仍 是一个十分活跃的研究领域 。特别是近年来 ,随着 EO S卫星上所携带的新一代被动微波辐射计相继升 空 ,以及冰冻圈与气候变化关系研究对长序列冻融 数据集的需求 ,土壤冻融的被动微波遥感再次成为 3 收稿日期 : 2009 205 227;修回日期 : 2009 208 210. 3 基金项目 :公益性行业 (气象 )科研专项经费项目“中国冰冻圈卫星监测关键技术研究及系统开发 ”(编号 : GYH Y ( QX ) 2007 26 218 ) ,美 国航空航天局 (U. S. NA SA 项目 NA G5 213721 及 NNX?6A E65 G) ; 美国阿拉斯加大学极地研究中心 ( U. S. N SF 项目 O PP2 0328664 )联合资助. 作者简介 :张廷军 ( 1957 2) ,男 ,甘肃庆阳人 ,主要从事冻土与环境及其与气侯变化的相互作用等方面的研究. E2m a il: tzhang@ n sidc. o rg 括后继的 SSM / I ( Sp ec ia l Sen so r M ic rowave / Im age r) 和 AM SR 2E (A dvanced M ic rowave Scann ing R ad iom e2