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专利号: 2018105203693
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述土壤含水量测算方法包括:对获取15米分辨率和90米分辨率的ASTER热红外图像进行离散小波变换分析,获取高清的ASTER热红外图像;

根据所述高清的ASTER热红外图像进行地表组分温度获取计算,获取地表组分温度;

通过窄波段反照率转换成宽波段反照率的权重函数进行地表反照率计算,获取地表反照率;

根据所述高清的ASTER热红外图像进行地表感热通量估算处理,获取地表感热通量;

根据所述地表感热通量采用能量残差法进行地表潜热通量计算,获取地表潜热通量;

根据所述地表组分温度、地表感热通量、地表潜热通量和地表反照率进行土壤热惯量计算,获取土壤热惯量;

根据所述土壤热惯量构建表层土壤含水量反演模型,获取土壤表层的含水量。

2.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述对获取15米分辨率和90米分辨率的ASTER热红外图像进行离散小波变换分析,包括:将所述ASTER热红外图像分解为:HHk,LHk,LHk,LLK四个部分,其中k=1,…,j,k为尺度,即为空间分辨率,j为分解中的最大尺度或最粗糙的空间分辨率,HHk代表图像的对角线结构,HLk为水平特点,LHk为垂直细节,LLk为由较低频率组成的较低分辨率残差;

提取15米分辨率ASTER热红外图像HHk,HLk,LHk三个分块的高频组分,提取90米分辨率ASTER热红外图像LLK低频组分;

将15米分辨率ASTER热红外图像的三个高频组分和90ASTER热红外图像的一个低频组分进行融合,获取高清的ASTER热红外图像。

3.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述根据所述高清的ASTER热红外图像进行地表组分温度获取计算,包括:获取所述高清的ASTER热红外图像中的混合像元;

计算所述混合像元温度,并将所述混合像元温度确定为地表组分温度;

计算公式为:

其中,εv表示植被发射率,εs1表示裸土发射率,εs2表示阴影土壤发射率,Tv表示植被温-8 -2 -4度,Ts1代表裸土温度,Ts2代表阴影土壤温度,σ是玻尔兹曼常数(σ=5.67×10 Wm K ),fi1表示植被的覆盖占比,fi2表示裸土的覆盖占比。

4.根据权利要求3所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述混合像元由不同的土地覆盖类型的像素组成,所述覆盖类型包括植被、裸土和阴影土壤中的一种多种混合组成。

5.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述通过窄波段反照率转换成宽波段反照率的权重函数进行地表反照率计算的计算公式如下:a=0.46859a1+0.303217a2+0.228189a3;

其中,a1、a2、a3分别为ASTER的1波段至3波段的窄波段反照率。

6.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述根据所述高清的ASTER热红外图像进行地表感热通量估算处理,包括:构建串行双源能量平衡模型,在所述串行双源能量平衡模型中,模型公式如下:H=Hv+Hs (1);

Hv=ρα·Cp·(Tv-Tc)/rvc (2);

Hs=ρα·Cp·(Ts-Tc)/rsc (3);

其中,ρα为空气密度,Cp为空气热容量,H为地表感热通量,Hs为冠层覆盖土壤感热通量,Hv为植被感热通量,Tc为冠层高度的空气气动学温度,Ts为冠层覆盖的土壤气动温度,Tv为植被气动温度,rvc为冠层边界层的整体阻力,rsc为冠层与土壤表面的气动阻力;

根据所述高清的ASTER热红外图像确定图像中的植被区域和裸土区域;

若确定为植被区域,则采用串行双源能量平衡模型进行地表感热通量计算,获取植被区域的地表感热通量;

若确定为裸土区域,则在采用串行双源能量平衡模型进行地表感热通量计算时,将Hv为植被感热通量赋值为0再进行地表感热通量计算,获取裸土区域的地表感热通量。

7.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述根据所述地表感热通量采用能量残差法进行地表潜热通量计算的计算公式如下:LES=Rns-H-G;

其中,LES为地表潜热通量,Rns土壤净辐射通量,H为地表感热通量,G=βRns;

其中,Rns土壤净辐射通量计算公式如下:

其中,fi1表示植被的覆盖占比,fi2表示裸土的覆盖占比,a为地表反照率,S0为太阳常数,S0=1367Wm-2,Cτ为大气光学传输,Cτ=0.562,θ为太阳天顶角,θ=20°,Rld为入射长波辐射,εs为表面发射率,Ts为地表土壤温度,σ是玻尔兹曼常数(σ=5.67×10-8Wm-2K-4)。

8.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述根据所述地表组分温度、地表感热通量、地表潜热通量和地表反照率进行土壤热惯量计算的计算公式如下:其中,P为土壤热惯量,LEs为地表潜热通量,H为地表感热通量,Ts(0,t)为0-t时间内的-2地表组分温度,w为地球自转速率,SO为太阳常数,S0=1367Wm ,Cτ为大气光学传输,Cτ=

0.562,A1为裸土区地表太阳反照率,As为植被区太阳反照率,B为常数。

9.根据权利要求1所述的基于多尺度热惯量模型反演的土壤表层含水量测算方法,其特征在于,所述根据所述土壤热惯量构建表层土壤含水量反演模型公式如下:w=13.475×ln(Δ)+31.604;

其中,w为土壤含水量,Δ为归一化后的土壤热惯量。