土壤含水量反演：大沽河流域水文要素监测体系实践

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：土壤水分是水资源中的重要组成部分，控制着地-气能量交换过程，对水文、气象、农业等行业领域都产生极大的影响。在ENVI中使用流域界线矢量图形剪切出流域的地表温度图像和植被指数图像。大沽河流域遥感监测土壤水分采用了2013年12个月的MODIS合成产品数据MOD11A2，使用优选的模型—温度植被干旱指数法反演了大沽河流域土壤湿度，并进一步研究该时间段流域土壤湿度的时空分布规律。

土壤水分是水资源中的重要组成部分，控制着地-气能量交换过程，对水文、气象、农业等行业领域都产生极大的影响。利用遥感技术反演土壤含水量，处理裸土或者低植被覆盖区域时，宜采用热惯量模型，或者简化的表观热惯量模型，可以估算土壤表层0～10cm 深的水分状况，适用于3—5月和9—11月时间段，该方法简单，技术发展比较成熟，所需参数完全可以从影像数据中直接提取；处理植被覆盖较高的区域时，土壤含水量的反演模型比较繁杂，宜采用作物缺水指数法和温度植被干旱指数法。以温度植被干旱指数法（TVDI）反演流域土壤湿度为例，需要收集的数据为MODIS 合成产品数据MOD11A2（该数据包括白天地表温度，8d为间隔）、MOD13A2（该数据包括归一化植被指数NDVI，16d为间隔）。图像处理过程由ENVI图像处理软件和Matlab完成，处理过程包括以下6步。

（1）利用MODIS数据产品投影变换软件MRT进行投影变换，采用WGS-84椭球体，UTM 投影。

（2）在ENVI中使用流域界线矢量图形剪切出流域的地表温度图像和植被指数图像（NDVI）。

（3）使用Matlab编程，将2个时相8d合成的地表温度数据合成为1个时相16d合成的地表温度数据（单位℃）。

（4）使用Matlab编程，利用16d合成的地表温度数据和植被指数数据，提取某一NDVI对应的所有地表温度中的最大值和最小值，将不同NDVI下的最大和最小陆地表面温度保存于Excel文件中。(https://www.chuimin.cn)

（5）利用上一步骤中提取的数据，在Excel中对NDVI和最大及最小陆地表面温度进行线性拟合，获得干边和湿边方程的系数a1、b1、a2和b2。

（6）使用Matlab编程，计算图像上每个像元的温度植被干旱指数（TVDI）值，获取流域TVDI的分布图，根据TVDI等级划分形成流域土壤湿度分布图。

大沽河流域遥感监测土壤水分采用了2025年12个月的MODIS合成产品数据MOD11A2，使用优选的模型—温度植被干旱指数法（TVDI）反演了大沽河流域土壤湿度，并进一步研究该时间段流域土壤湿度的时空分布规律。

土壤含水量反演：大沽河流域水文要素监测体系实践

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