新大遙感地學(xué)分析講義第5章 土壤遙感

第5章土壤遙感土壤是覆蓋地球表面的具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的資源，能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)成分、水和自然支撐，是巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈相互作用的產(chǎn)物。土壤遙感是應(yīng)用遙感手段研究土壤科學(xué)的技術(shù)。根據(jù)電磁波輻射原理，通過各種傳感器遠(yuǎn)距離接收土壤反射或發(fā)射的電磁波譜信號(hào)，經(jīng)加工處理后，得到能直接識(shí)別的圖像或供電子計(jì)算機(jī)處理的電子數(shù)據(jù)，通過分析這些圖像和數(shù)據(jù)可以掌握土壤特性、土壤類型、分布規(guī)律和利用現(xiàn)狀。從而繪制土壤圖，計(jì)算土壤類型分布面積。土壤遙感能對(duì)某些土壤性狀、水分含量、養(yǎng)分供應(yīng)狀況，以及對(duì)土壤鹽漬化、沼澤化、風(fēng)沙化、水土流失、土壤污染等變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為合理開發(fā)、利用與管理土壤資源及時(shí)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。第一節(jié)土壤波譜特征及其變化規(guī)律一、土壤反射光譜特征土壤是巖礦的風(fēng)化產(chǎn)物，其主要物質(zhì)組成與巖礦一脈相承因而土壤和巖礦的光譜反射特性在整體上基本一致即反射率從可見光的短波段起隨波長(zhǎng)的增加而逐漸抬升。但土壤是巖礦經(jīng)歷不同的風(fēng)化過程，又是在不同的生物氣候因子和人類長(zhǎng)期耕作活動(dòng)的共同作用下形成的，因此，土壤類別是多種多樣的，其光譜反射特性也必然相應(yīng)地發(fā)生許多變化。戴昌達(dá)等曾測(cè)試過分布在全國(guó)各地的主要土壤類型的光譜反射特性，也曾分析過俄、美等國(guó)數(shù)以千計(jì)的土壤光譜反射數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管不同地區(qū)不同土壤的光譜反射特性千差萬別，但就其光譜曲線在可見光至近紅外區(qū)的整體形態(tài)與斜率變化情況看，均可歸納為平直型、緩斜型、陡坎型和波浪型四大類（圖5.1)。圖5.1四大類土壤的反射光譜反射曲線凡有機(jī)質(zhì)含量高、顏色暗的土壤多形成平直形曲線，尤其在可見光波段，斜率小而穩(wěn)定，基本上呈一條與X軸有一個(gè)夾角不大的近似直線。在進(jìn)入紅外波段后，曲線稍有抬升和下降，但變幅一般也不大。采自云南省騰沖地區(qū)的泥炭土是最典型的例子。該樣品有機(jī)質(zhì)高達(dá)70％，測(cè)得的光譜反射率很低，在0.36μm處為4.9％；隨波長(zhǎng)增長(zhǎng)，反射率稍有升高，在0.62μm處為7.3％，這段的斜率僅為0.009；在0.6μm~0.80μm處斜率增至0.015。火山灰土也具有平直形曲線。整條曲線的位置及在可見光波段的斜率都與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。采自騰沖火山地區(qū)的4個(gè)樣品，其有機(jī)質(zhì)含量分別為37.5%，21.8％，19.2％和11.3％。其曲線位置一條高于一條（圖5.2）。在0.8μm以前的斜率也隨之稍有增加，分別為0.013~0.028，0.032~0.037，0.038~0.046，0.042~0.059。圖5.2有機(jī)質(zhì)不同的火山灰土的光譜反射曲線火山灰土耕墾后自然植被消失，原來土壤中的生物積累過程中斷，在當(dāng)?shù)厮疅釛l件作用下，有機(jī)物質(zhì)迅速分解消耗，土壤剖面形態(tài)結(jié)構(gòu)與土色漸趨于紅壤類型。這種發(fā)展變化趨勢(shì)在光譜曲線的形狀特征上也反映出來。在0.45μm處出現(xiàn)較明顯的小凸面，斜率顯著增高，達(dá)0.137，超出一般火山灰土一倍以上，這些都意味著其已具有向紅壤類陡坎型曲線過渡的性質(zhì)。水耕熟化形成的水稻土是我國(guó)分布范圍遼闊、具有獨(dú)特發(fā)生屬性與形態(tài)結(jié)構(gòu)的耕作土壤，光譜曲線屬緩斜型（見圖5.1曲線2）。其主要特征是：自光譜的紫光端向紅光端緩緩抬升，形成一條斜線；在0.45μm或0.62μm附近可能出現(xiàn)程度不等的小波折，這段的斜率一般在0.10上下，明顯高出上述平直型；在0.62μm和0.9μm之后反射率上升趨緩形成兩個(gè)拐點(diǎn)，這是士壤中含有一定量鐵離子的反映。值得指出的是，采自不同地區(qū)相隔千里的水稻土只要水分條件、發(fā)育程度相似，測(cè)得的曲線就十分相近。例如分別采自湖北云夢(mèng)與云南騰沖地區(qū)的水稻土，都屬?zèng)_積淤積母質(zhì)發(fā)育的潴育性〔草甸土起源）水稻土，兩條曲線的形狀和斜率變化相當(dāng)一致。而采自騰沖地區(qū)的分屬三個(gè)不同亞類的水稻土，由于水分條件與發(fā)育階段的差異，曲線形狀就出現(xiàn)較大差別。采自熔巖臺(tái)地近年新發(fā)展的稻田，屬發(fā)育程度差的淹育性水稻土，其光譜曲線仍保留著紅壤類的某些特征；采自騰沖壩階地沖積母質(zhì)發(fā)育的潴育性水稻土，其曲線形狀是典型的緩斜型；采自騰沖壩中部低洼地段，地下水位高，排水不暢，屬沼澤起源的潛育性水稻土，這種土壤的表土長(zhǎng)期處于水分過多狀態(tài)，土體中鐵質(zhì)被還原為離子態(tài)亞鐵，把土壤染為青灰色而降低其反射率。由于土壤采集后經(jīng)脫水風(fēng)干，長(zhǎng)途運(yùn)輸，途中大部分亞鐵氧化；但從0.48μm~0.58μm波段斜率比0.45μm~0.48μm有所下降，特別是0.95μm前后出現(xiàn)兩個(gè)淺凹面來看仍可看出亞鐵吸收作用的影響。南方濕熱條件下發(fā)育的紅壤形成陡坎型曲線（見圖5.1曲線3)。其主要特征是在可見光區(qū)曲線陡峻，斜率劇增。但斜率增高程度不等，形成幾個(gè)波折。一般在0.45μm附近出現(xiàn)小凸面；至0.48μm處轉(zhuǎn)為小凹?。?.48μm以后曲線急劇上升，斜率顯著增高，幾乎成為垂直于x軸的直線，形似陡坎；至0.62μm，曲線稍趨緩和；0.74μm以后，斜率進(jìn)一步下降；進(jìn)人紅外波段后，一般在0.9μm，1.1μm，1.4μm，1.9μm和2.2μm附近有程度不等的吸收谷，最后曲線緩緩降至2.5μm測(cè)定終端。根據(jù)某些典型礦物光譜反射特性測(cè)定資料推斷：0.45μm~0.48μm的吸收帶、0.52μm~0.58μm的反射峰，都系土壤中含相當(dāng)數(shù)量的赤鐵礦、褐鐵礦與游離高價(jià)鐵等所致；紅外波段的幾個(gè)吸收谷則主要與高嶺類粘土礦物中所含OH-有關(guān)。南方濕熱地區(qū)另兩類重要土壤一一黃壤和磚紅壤，其光譜曲線雖與紅壤類同屬陡坎型，但彼此又有些明顯差異。磚紅壤曲線位置（參見圖5.3曲線227）整體偏低，特別是在0.52μm之前，曲線低而平緩，斜率不超過0.04，比黃壤、紅壤都低0.52μm。以后迅速升高，0.54μm~0.58μm段斜率猛增到0.205，比0.52μm~0.54μm的0.11增高近一倍，比0.48μm~0.52μm的0.033增高近6倍。紅壤（圖5.3曲線243）在0.54μm~0.58μm的斜率，絕對(duì)值雖高于磚紅壤，達(dá)0.273，但其變幅遠(yuǎn)沒有磚紅壤大，僅比0.521μm~0.54μm的0.19增加不到50％，比0.48μm~0.52μm的0.108超過一倍半多一點(diǎn)。這些都意味著磚紅壤含有比紅壤更多的鐵鋁氧化物和鈦鐵礦等礦物。圖5.3南方紅壤、轉(zhuǎn)紅壤和黃壤的光譜反射曲線黃壤類的（圖5.3曲線245）特征與磚紅壤相反，在0.45μm之前比紅壤還陡，斜率達(dá)0.112表明黃壤中鐵的含量比紅壤和磚紅壤低；0.48μm以后，斜率進(jìn)一步提高。0.48μm~0.52μm達(dá)0.17。0.52μm~0.54μm更增至0.205，超過紅壤和磚紅壤；自0.541μm，以后，曲線開始趨緩，0.54μm~0.58μm斜率降為0.143，比紅壤、磚紅壤都低這表明黃壤中所含的特征礦物以含結(jié)晶水的針鐵礦和褐鐵礦占優(yōu)勢(shì)，而紅壤、磚紅壤則以赤鐵礦為主要成分。因?yàn)獒樿F礦和褐鐵礦的光譜反射比最大變幅出現(xiàn)在0.5μm~0.54μm波段，赤鐵礦則在0.554μm~0.596μm波段。干早荒漠地區(qū)土壤（如棕漠土、灰鈣土等）的光譜反射曲線別具一格，一般約在0.6μm之前普遍高于其他各類土嚷，也較陡峻（見圖5.1曲線4)，斜率達(dá)0.1左右，以后斜率就急劇下降，有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值，形成一條近似與X軸平行的似波浪起伏的曲線，故稱之為波浪型。其波谷一般較寬，且較淺平。2.0μm之后反射率常降低不多，甚至略有增高，呈翹尾巴態(tài)，使這類曲線的特征更趨鮮明。形成這種曲線的機(jī)理，可能是土壤中含有高量硫酸鹽和碳酸鹽以及含K，Na，Ca和Mg等堿基元素的濛脫類粘土礦物所致?？偟膩碚f，土壤光譜反射特性的差異與變化都取決于土壤的組成與表面狀態(tài)，其中最為重要的是腐殖質(zhì)含量。含量愈高，反射率愈低，光譜的曲線愈趨低平，這是總的規(guī)律。但應(yīng)注意腐殖質(zhì)的組分如胡敏酸、富里酸等之間的光譜特性差異頗大，對(duì)土壤光譜特性的影響也就有所不同。例如某些森林土壤形成的腐殖質(zhì)常以淺色的富里酸為主要組分，其光譜反射率就比以暗黑色胡敏酸占優(yōu)勢(shì)的草原植被下發(fā)育的土壤光譜反射率高。當(dāng)土壤中含高量的碳酸鹽、可溶鹽和硅等淺色礦物質(zhì)時(shí)，必會(huì)大大提高其反射率，并出現(xiàn)明顯的CO32-、SO42-等特征譜帶的影響，鋁鐵與硅之比很高的紅壤類土壤則將明顯降低藍(lán)紫光區(qū)的反射率而大大提高橙紅光區(qū)的反射率，井出現(xiàn)Fe3-特征譜帶的影響。此外，土壤濕度對(duì)反射特性的巨大影響絕對(duì)不能忽視。至今尚未獲得土壤含水量與土壤光譜反射率之間確定的函數(shù)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果常因所取土壤類別不同、樣品制備與測(cè)試方法的差異等而不完全一致。當(dāng)土壤含水量超過凋萎系數(shù)而未達(dá)到最大田間持水量時(shí)，土壤光譜反射率隨含水量增高而下降，兩者呈負(fù)相關(guān)。特別是在近紅外波段，更是如此。但是當(dāng)含水量進(jìn)一步增加，超過最大田間持水量或降低到小于凋萎系數(shù)時(shí)，則反射率趨于穩(wěn)定，變化幅度明顯減小，甚至在可見光區(qū)還可能出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。土壤的機(jī)械組成即質(zhì)地與表面狀況對(duì)光譜反射率也有明顯影響。從近年成為遙感基礎(chǔ)研究熱點(diǎn)問題之一的不連續(xù)不均勻的表面反射理論考慮。兩者之間的定量關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，尚待深入研究，但可以籠統(tǒng)地說，一般顆粒細(xì)、表面平滑板結(jié)的土壤其反射率都會(huì)不同程度地增高。最后還需指出，土壤光譜反射特性與巖礦一樣受環(huán)境因素影響很大，室內(nèi)外測(cè)試結(jié)果往往有很大差異；而且在自然界，土壤常為自然植被或栽種植物所覆蓋，欲從空中獲得主要反映土壤光譜特性的數(shù)據(jù)，必須選擇合適的無植被或少植被覆蓋的季節(jié)進(jìn)行遙感成像。二、土壤的熱紅外特性土壤的熱紅外和微波輻射、散射特性與巖礦有許多類似之處，但由于土壤是疏松的有機(jī)和無機(jī)復(fù)合體，固、液、氣三相共存，成分多樣，且處于相互消長(zhǎng)、快速多變之中，故更為復(fù)雜。從使用FTIR測(cè)定的大量土壤樣品在2.5μm~14μm的反射光譜曲線經(jīng)過換算得出熱紅外區(qū)的比輻射率可以看出，不同土壤類型有一些差異，但不大；另一方面，不同土壤類型，特別是不同質(zhì)地及不同有機(jī)質(zhì)含量，因而具有不同水分物理特性的土壤，其吸熱增溫、故熱降溫和熱儲(chǔ)存、熱傳導(dǎo)過程都會(huì)有所不同，使得土壤的熱特性復(fù)雜多變。張仁華在禹城遙感實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期試驗(yàn)中，深入分析土壤紅外發(fā)射率與土表溫度和含水量等多要素之間的復(fù)雜關(guān)系，取得可喜進(jìn)展。他以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出了土壤水分的紅外遙感模型，首先驗(yàn)證了土壤含水量高低是引起兩塊土地表面溫度在凌晨和午后不一致的主要因子，論證了僅利用土地表面日溫差(Tmax-Tmix)這個(gè)簡(jiǎn)單的溫差模型來衡量土壤含水量存在不確切和不完善之處，并提出了改進(jìn)的相對(duì)溫差模型：（5.1）式中：K是系數(shù)，與天氣狀況、風(fēng)速、太陽輻射、空氣溫度、濕度、季節(jié)和土壤類型等有關(guān)。既考慮到土壤熱通量所造成的溫度日振幅，又反映了每日地表熱量收入。根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料算出適合當(dāng)?shù)厍闆r的K值。這使溫差與含水量的相關(guān)系數(shù)從簡(jiǎn)單溫差模型的0.6提高到了0.9。張仁華還進(jìn)一步分析了國(guó)際上比較流行的Price表現(xiàn)熱慣量模型未能考慮潛熱通量和顯熱通量對(duì)熱慣量數(shù)據(jù)的干擾，從而影響土壤水分定量測(cè)算精度的缺陷，提出了充分利用熱紅外輻射的二維分布信息和干濕兩點(diǎn)的地面定標(biāo)方法，來改進(jìn)熱慣量模型。其表達(dá)式為（5.2）式中：下標(biāo)j為一幅熱慣量圖中的像元編號(hào)；下標(biāo)i為從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻中的地表熱量各分量的變化階段編號(hào)；Pj為第j像元的熱慣量；Rωj和εij分別為j像元在i時(shí)刻的凈輻射通量和在一幅熱圖像中的最熱像元和j像元的顯熱值比；Wθ和Wj為這幅熱圖像中最干和最濕定標(biāo)像元的土壤含水量：Wj為j像元的土壤含水量；LEω為i時(shí)刻最濕定標(biāo)像元的潛熱通量；Δτ為時(shí)間步長(zhǎng)；T1和T2分別為起始時(shí)刻t1和終了時(shí)刻t2的地表溫度。這樣就有可能結(jié)合兩個(gè)定標(biāo)像元的實(shí)測(cè)值，應(yīng)用熱紅外遙感數(shù)據(jù)，把土壤熱慣量較確切地推算出來。再根據(jù)土壤含水量W與土壤熱慣量關(guān)系(接近直線方程)，即：（5.3）就可得出有一定可信度的土壤含水量。這將是熱紅外遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。運(yùn)用熱慣量推算土壤水分含量的深度可達(dá)到土壤溫度沒有日變化的深度。但需指出，在自然界，特別是作為重要農(nóng)區(qū)的沖積大平原，影響土壤水分運(yùn)動(dòng)傳輸?shù)馁|(zhì)地剖面構(gòu)型復(fù)雜多變，同時(shí)土壤上常被不同植被類型或處于不同發(fā)育階段的植被覆蓋，這些變化多樣的因素都會(huì)影響遙感土壤含水量的精度，均有待進(jìn)一步深入研究，以便盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)用化。三、土壤的微波輻射、散射特性關(guān)于土壤的微波輻射特性，根據(jù)肖金凱的初步研究，不論何種土壤類型，在105℃烘干狀態(tài)下，其介電常數(shù)均在5左右，加水之后，介電常數(shù)近線性上升，不同類型土壤，上升幅度稍有差異，表明土壤的介電常數(shù)主要由土壤含水量決定，與土壤成分和性質(zhì)有一定關(guān)系但不是很大。影響土壤微波后向散射系數(shù)的另兩個(gè)重要因素是表層土粒粗細(xì)與土壤結(jié)構(gòu)狀況。土粒粗細(xì)以機(jī)械組成即質(zhì)地表征，這個(gè)因素比較穩(wěn)定。土壤結(jié)構(gòu)狀況在農(nóng)區(qū)將隨耕作管理等措施而變化，不過對(duì)于使用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的雷達(dá)遙感面言，結(jié)構(gòu)變化幅度一般不超過表面粗糙度判據(jù)范圍，這時(shí)可忽略不計(jì)。Ulaby等人曾相當(dāng)詳細(xì)地研究過微波后向散射系數(shù)及微波發(fā)射率與土壤含水量之間的強(qiáng)烈依存關(guān)系，提出了利用主動(dòng)的或被動(dòng)的微波遙感器監(jiān)測(cè)土壤含水量的設(shè)想，指明了微波遙感的一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域，只是由于土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，加之土表常有不同植被的覆蓋，導(dǎo)致問題的復(fù)雜化，增加了研究的難度。第二節(jié)土壤遙感數(shù)據(jù)分析技術(shù)從遙感數(shù)據(jù)中大量獲取土壤信息需要發(fā)展許多技術(shù)方法。土壤光學(xué)遙感中常用的有多元統(tǒng)計(jì)分析、主成分分析、光譜混合分解、光譜匹配等技術(shù)。一、多元統(tǒng)計(jì)分析多元統(tǒng)計(jì)分析是以原始光譜數(shù)據(jù)或其派生形式(如導(dǎo)數(shù)變化、比值等)作為自變量，以土壤物化參數(shù)為因變量，建立多元回歸模型的一種分析技術(shù)?？杀硎緸椋浩渲蠽i是原始光譜反射率或其派生形式，y是土壤物化參數(shù)的回歸值，A是常數(shù)項(xiàng)，Bi(i=1，2，3，…，n)是Vi對(duì)y的偏回歸系數(shù)。在采集的土壤樣品中，一部分用來建立統(tǒng)計(jì)回歸模型，另一部分對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行驗(yàn)證。Leone等對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的光譜數(shù)據(jù)分兩步做多元統(tǒng)計(jì)分析，研究AVIRIS在評(píng)估地中海丘陵地區(qū)土壤發(fā)展和退化水平方面的性能。Alici等應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)研究了SantaMonica山兩條峽谷中有機(jī)質(zhì)、鐵含量和結(jié)構(gòu)對(duì)土壤光譜的影響。多元統(tǒng)計(jì)分析也可用來選擇診斷性波長(zhǎng)范圍，從而降低數(shù)據(jù)維數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。二、主成分分析(PCA)主成分分析是基于統(tǒng)計(jì)特征的多維正交線性變換。公式如下：其中：Y是新生成主成分矩陣；X是原始變量矩陣，可以是室內(nèi)光譜，也可以是遙感影像；T是由X的協(xié)方差矩陣S的特征向量所組成的正交矩陣。PCA利用降維的思想，把相關(guān)的多個(gè)變量轉(zhuǎn)變成少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合變量，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮。其缺點(diǎn)是難以確定每一主成分的物理意義。Huete和Escadafal利用PCA提取了土壤的生物物理參數(shù)以及它們?cè)诿恳幌袼刂械乃急壤?。近來PCA技術(shù)又進(jìn)行了許多新的發(fā)展，如Ferenc等應(yīng)用改進(jìn)逐步主成分分析(MSPCA)技術(shù)對(duì)鹽堿化土壤進(jìn)行了分類。三、光譜混合分解模型遙感數(shù)據(jù)中“純”土壤像素很少，經(jīng)常包含植被和落葉信息。應(yīng)用光譜混合分解模型一方面可把遙感數(shù)據(jù)分解為土壤、植被以及非光合作用植被，另一方面，對(duì)于那些植被極度稀疏的地區(qū)，光譜混合分解模型還可以模擬土壤地球化學(xué)屬性(濕度、鐵氧化物、有機(jī)質(zhì)、礦物光譜成分)。光譜混合分解模型有線性和非線性兩種：(1)線性混合分解模型該模型的基礎(chǔ)是假定每一像素的反射率等于各端元組分反射率權(quán)重的和，方程如下：其中：Y是給定像素反射率矢量；A是一個(gè)矩陣，矩陣列向量是n個(gè)端元組分的反射率；x是解向量，由像素中每一端元組分所占的比例組成。該方法可以確定一個(gè)像素內(nèi)各端元組分所占的比例，或者確定像素內(nèi)沒有用作端元組分的額外成分。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，對(duì)于某些土地覆蓋類型，如沙漠灌木帶效果很好。Clouts指出在某些情況下，將混合模型應(yīng)用到其它方法(如PCA)中，經(jīng)過處理的圖像可以提高分析精度。(2)非線性混合分解模型實(shí)際上，土壤顆粒成分之間并不是簡(jiǎn)單的線性混合而是均勻混合，非線性混合分解技術(shù)可以更真實(shí)地模擬像素端元組分。Christoph等應(yīng)用非線性混合模型研究了植被和土壤反射率。Gregory等發(fā)展了MonteCarlo分解(MCU)方法，成功地分解了AVIRIS獲得的SWIR2的光譜數(shù)據(jù)。此外，也可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行混合模型分解。第三節(jié)土壤遙感分析一、土壤類型的遙感分析遙感方法在土壤分類中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)外已有不少例子主要包括兩個(gè)方面：（1）通過判讀航片、衛(wèi)片，確定各種土壤在某一地區(qū)范圍內(nèi)的存在，為該地區(qū)的傳統(tǒng)土壤分類提供事實(shí)根據(jù)；（2）直接使用遙感數(shù)據(jù)（特別是衛(wèi)星磁帶數(shù)據(jù)或衛(wèi)片掃描數(shù)據(jù)）并采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)地面上存在的各種土壤進(jìn)行數(shù)值分類。遙感數(shù)據(jù)土壤分類多采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行。因遙感數(shù)據(jù)是與空間地理位置聯(lián)系在一起的，所以遙感數(shù)據(jù)土壤分類的過程也是土壤制圖過程的一部分。土壤類型的判別首先需要確定土類。土類是根據(jù)一個(gè)地區(qū)的生物氣候條件來決定的。因此，土壤解譯時(shí)，首先要確定研究區(qū)的水平地理地帶作為基帶。這是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作。例如在內(nèi)蒙古草場(chǎng)遙感土壤解譯、制圖時(shí)，研究了內(nèi)蒙古地區(qū)的水平地帶及特點(diǎn)，有緯度地帶性和海陸地帶性的共同作用，從東南向西北形成了弧形的水平分帶，依次為溫帶森林草原、革甸草原、干草原、半荒漠和荒漠帶。相應(yīng)發(fā)生的土類為溫帶森林草原黑土、草甸草原黑鈣土、干草原黑鈣土、半荒漠棕鈣土、灰鈣土和漠土。明確了所在地區(qū)的地帶，即可作為解譯的“基帶”。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步考慮垂直帶性和非帶性因素對(duì)土壤類型的影響。其次是確定亞類。土壤的亞類是在成土過程中受局部條件的影響使土類發(fā)生變化，形成的次一級(jí)類型。如不同的植被、地貌、水熱條件等。如山東省的棕壤地區(qū)，在河谷坡地上為潮棕壤亞類，在陡坡及植被稀疏坡地上為棕壤性土亞類，在緩崗上形成褐土化潮土亞類。在這種情況下，可以根據(jù)容易解譯的地貌部位和植被特征結(jié)合，間接地在棕壤為基帶的地區(qū)內(nèi)確定上述土壤亞類。土屬的劃分主要以地區(qū)性條件為依據(jù)，如地貌、母質(zhì)等，在亞類的基礎(chǔ)上再分出土屬。如殘積坡積棕壤性土、黃土狀褐土化潮土、河湖積潮棕壤等。土種主要根據(jù)土壤剖面特征來劃分，遙感影像較難發(fā)現(xiàn)，但可根據(jù)地形部位、母質(zhì)等特征推斷土層厚薄，作為土壤分類參考。綜合分析和間接解譯時(shí)要注意，土壤的發(fā)育變化速度落后于氣候、水文的變化及植被的更替。有些地區(qū)森林退縮，林地消失，被草地代替，而土壤仍保持森林土特性(如灰化土、棕壤等)。此時(shí)，僅依靠植被確定為草原植被下有關(guān)土壤類型(如栗鈣土、黑鈣土等)就會(huì)發(fā)生誤判。要解決這一問題，一是在解譯過程中必須注重歷史變化，二是對(duì)兩種類型的過渡和邊緣地區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，以提高解譯的精度。土壤類型的確定還可以根據(jù)土地利用特點(diǎn)來分析、確定。如在南方許多低平的河谷平原地區(qū)，按自然土壤分類可能被劃入革甸類型，但經(jīng)人工開發(fā)耕種而成為水稻土及其次一級(jí)類型。而水稻田固有特殊的光譜特征、區(qū)位特征及形狀特征，較容易識(shí)別，尤其是高分辨率的遙感影像上，水稻出有明顯的光譜特征。在確定基帶的基礎(chǔ)上，由于地形的變化產(chǎn)生地形地帶的垂直分異，尤其是海拔高度的變化，引起了水熱條件的重新組合，成土因子隨著變化，土壤也發(fā)生垂直方向更替?？梢园堰b感影像、地形圖的判斷及少量野外調(diào)查得出的自然規(guī)律與遙感影像特征結(jié)合起來，確定土壤的類型。以太原幅農(nóng)業(yè)遙感解譯為例，海拔2700m以上的呂梁山地頂部，屬中山類型，已處于森林線以上，生長(zhǎng)中生和冷生草甸，濕度較大，在Landsat紅外型假彩色5月份影像上呈灰藍(lán)和淡黃褐色，屬亞高山草甸土；海拔2000~2300m山頂，雖在森林線以下，但因山頂風(fēng)大，樹木難以生長(zhǎng)，植被仍為中生草甸，發(fā)育了山地草甸土；海拔1800~2000m山地，生長(zhǎng)云杉、落葉松、樺樹、柏樹等常綠與落葉混交林，發(fā)育了山地棕壤；海拔1600~1900m的山地以黃土為母質(zhì)的針闊混交林下發(fā)育了山地褐土；在l600m以下的黃土塬面及低山、高丘區(qū)覆蓋為灰褐土、大部開墾為旱作區(qū)。太原盆地的中心，被開墾為水稻土，河間低洼地鹽堿化地區(qū)則成為鹽化淺色革甸土，影像上呈灰藍(lán)白色規(guī)則斑狀、云霧狀。在我國(guó)云南騰沖地區(qū)。處于熱帶或亞熱帶南部，在高溫濕潤(rùn)環(huán)境下，基本為磚紅壤、紅壤等。由于海拔高差大，垂直分布明顯，在具體解譯過程中通過影像特征及景觀生態(tài)規(guī)律綜合分析，作出土壤圖，并取得了成功。新疆南部的土壤遙感解譯中，根據(jù)影像劃分出山地、山前洪積扇、沖積平原、荒漠平原、片狀綠洲，線狀綠洲等地理單元，并進(jìn)一步劃分了沿河、湖濱等地區(qū)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤解譯、制圖。與常規(guī)方法制作的土壤圖比較，內(nèi)容詳細(xì)得多（圖5.4，5.5）。圖5.4用常規(guī)方法編制的南疆土壤圖圖5.5根據(jù)監(jiān)督分類結(jié)果繪制的南疆土壤圖不同分辨率、不同波段的遙感影像在土壤類型的解譯中有不同的作用。分辨率較低的遙感影像對(duì)土類和亞類的劃分和識(shí)別可以起到較大的作用。由于其視野較廣，有利于區(qū)域的宏觀綜合分析，適合于進(jìn)行小比例尺的制圖。高分辨率的遙感影像，對(duì)地面的細(xì)節(jié)顯示得比較清楚，有利于確定土壤形成的具體地貌條件、植被類型等，能幫助土屬和土種的確定，適合于中、大比例尺的土壤制圖。具有較大的波段覆蓋范圍和較多波段數(shù)的傳感器可以顯示土壤的特征光譜。波段覆蓋范圍較窄，波段較少的傳感器，不利于土壤的遙感探測(cè)。二、土壤侵蝕調(diào)查與監(jiān)測(cè)土壤侵蝕是指地表缺乏植被保護(hù)時(shí)，表土或土體在外營(yíng)力作用下被沖刷、剝蝕、遷移和堆積的現(xiàn)象。外營(yíng)力通?？煞譃樗g（溶蝕、濺蝕、沖蝕）；風(fēng)蝕（滑動(dòng)、跳躍、吹揚(yáng)〕；重力侵蝕（滑坍、崩坍、瀉溜）等類型。土壤侵蝕不僅使土壤結(jié)構(gòu)破壞，土層減薄，土壤退化、沙化，肥力降低，甚至使地面破碎，溝壑縱橫，土壤資源質(zhì)量嚴(yán)重下降。土壤侵蝕的發(fā)生雖有其自然原因但不合理地利用土壤資源，如濫伐林木、過度放牧、陡坡開墾則是加速土壤侵蝕的發(fā)生和發(fā)展的重要原因。我國(guó)各大河流上游多為坡度較大的山地，這些地區(qū)的森林由于長(zhǎng)期采伐和墾殖，使森林植被覆蓋度降低，加之我國(guó)具有世界上面積最大的黃土高原，造成的水土流失和土壤侵蝕極其嚴(yán)重。為了改善生態(tài)環(huán)境、減少水土流失，需要對(duì)水土流失、土壤侵蝕地區(qū)進(jìn)行連續(xù)的調(diào)查與監(jiān)測(cè)。遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，為區(qū)域土壤侵蝕監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)提供了有力的手段。遙感能夠提供實(shí)時(shí)、同步、大范圍的地表信息，遙感圖像可清楚地反映土壤侵蝕的環(huán)境條件、侵蝕的程度和類型。GIS則能夠在空間范圍內(nèi)對(duì)多源、多時(shí)相的信息進(jìn)行組合、集成、提取等拓?fù)浞治?。利用遙感信息源，輔以其它相關(guān)的專題信息(包括專題圖件、統(tǒng)計(jì)資料)、野外實(shí)況調(diào)查以及樣方測(cè)量方法，即可有效地進(jìn)行土壤侵蝕分區(qū)、分類、分級(jí)判別和制圖，定量分析不同程度侵蝕的分布和面積，從而為水土保持規(guī)劃與決策、生態(tài)建設(shè)等提供信息支持服務(wù)。區(qū)域土壤侵蝕遙感監(jiān)測(cè)的成果主要表現(xiàn)為土壤侵蝕分類分級(jí)的分布圖、統(tǒng)計(jì)表和數(shù)據(jù)庫(主要指數(shù)字化的圖形、數(shù)字、文本和影像等)。與實(shí)地人工勘察和路線調(diào)查方法相比，遙感技術(shù)獲取的信息具有較強(qiáng)的綜合性和現(xiàn)勢(shì)性，數(shù)據(jù)處理和信息提取速度快、精度高的特點(diǎn)，極大地縮短了監(jiān)測(cè)周期，可以更有效地為合理利用與保護(hù)土壤資源防治土壤侵蝕，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及全面規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。土壤侵蝕分類分級(jí)遙感定量方法，包括兩方面內(nèi)容：第一是通過遙感信息和非遙感信息的綜合分析，確定侵蝕類型；第二是根據(jù)不同侵蝕類型，按照各類侵蝕強(qiáng)度模型的因子匹配關(guān)系，通過RS和GIS技術(shù)相結(jié)合提取侵蝕量因子值。侵蝕成因類型的解譯，可以從兩方面分析：一方面是通過對(duì)侵蝕類型區(qū)的解譯確定侵蝕類型的分布區(qū)域，另一方面是通過判別不同侵蝕類型過渡處圖斑的侵蝕類型確定不同侵蝕類型的界線。（1）土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)及遙感數(shù)據(jù)處理土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)根據(jù)全國(guó)土壤侵蝕調(diào)查規(guī)程，土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)按表5-1進(jìn)行分級(jí)。表5-1土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)指標(biāo)應(yīng)用于水蝕為主的土壤侵蝕遙感數(shù)據(jù)處理。從表5-2可以看出，與土壤侵蝕有關(guān)的是地貌地形信息、植被覆蓋信息、溝塹密度、滑坡、崩塌面積和形成此類災(zāi)害的自然條件信息。這些信息的特點(diǎn)主要是反映水系分布特點(diǎn)，如黃土地區(qū)多為樹枝狀水系，在地球應(yīng)力較大處，許多小水系與較大支流甚至是接近垂直分布，此處土壤侵蝕最為嚴(yán)重，其次是地形地貌特征，在黃土地區(qū)由于土壤侵蝕小地形特別破碎，它也是反映溝塹密度定量因子之一。水土流失形成與人們對(duì)土地利用狀況有關(guān)，所以土地利用特征和森林植被分布持征是影響土壤侵蝕的重要因子，對(duì)這些信息的提取常用到主分量、信息融合、植被指數(shù)（包括比值法）、邊界增強(qiáng)等數(shù)字圖像處理方法。（2）應(yīng)用于土壤侵蝕遙感技術(shù)調(diào)查監(jiān)測(cè)的信息源選擇我國(guó)應(yīng)用遙感技術(shù)編制了1／50萬、1／20萬、1／10萬、1／5萬、在局部地區(qū)編制了1／2.5萬至1／1萬的各種比例尺的土壤侵蝕圖，其中早期應(yīng)用了MSS、TM，后來也應(yīng)用了SPOT4以及各地區(qū)攝影的全色及彩紅外航空像片（在山西、寧夏大量應(yīng)用了彩紅外航片）、近期在有些地區(qū)開始表5-2不同水力侵蝕類型強(qiáng)度分級(jí)參考指標(biāo)應(yīng)用中巴資源1號(hào)星，SPOT5號(hào)星以及IKONOS等遙感信息源進(jìn)行土壤侵蝕調(diào)查和監(jiān)測(cè)。對(duì)土壤侵蝕調(diào)查監(jiān)測(cè)而言，在制作1／5萬的圖時(shí)，中巴資源1號(hào)星、TM(含ETM)、SPOT4即可滿足需要，在制作1／1萬至1／2萬的土壤侵蝕圖時(shí)則應(yīng)用1／2萬至l／3萬的數(shù)字化航片或SPOT5、IKONOS皆可，不同遙感信息源對(duì)土壤侵蝕調(diào)查監(jiān)測(cè)適用性比較，詳見表5-3。表5-3不同信息源在土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)中的性能比較（3）3S技術(shù)在土壤侵蝕調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用遙感與GIS和GPS的結(jié)合集成，在水土流失、土壤侵蝕等自動(dòng)制圖方面有很好的應(yīng)用潛力。由于GIS中已存儲(chǔ)或即將存儲(chǔ)許多圖形，如DEM圖，從中可量測(cè)坡度、坡長(zhǎng)等因子，將遙感圖像與DEM疊合后還可測(cè)定溝系長(zhǎng)度、寬度、面積，用以計(jì)算溝系密度、植被覆蓋度以及具有土地利用分布圖、地面相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可以編制土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)圖，應(yīng)用GIS管理的大量空間數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、或根據(jù)需要進(jìn)行相關(guān)空間分析，如將地貌圖、土壤圖、土地利用現(xiàn)狀、水系和溝系分布圖、坡度圖、植被覆蓋度等圖件，或者部分專題圖與遙感影像圖的疊置分析，可以自動(dòng)生成土壤侵蝕強(qiáng)度圖，亦或應(yīng)用專家分類系統(tǒng)進(jìn)行土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)。而GPS可對(duì)不同時(shí)期、大小面積的滑坡、塌陷進(jìn)行定位和面積測(cè)定，對(duì)溝塹切割深度及深度進(jìn)展速度進(jìn)行測(cè)定，也可作為遙感圖像進(jìn)行土壤侵蝕相關(guān)因子的地面補(bǔ)充測(cè)定，訓(xùn)練樣地選擇和地面檢驗(yàn)。三、土壤水分監(jiān)測(cè)與干旱災(zāi)害預(yù)測(cè)（1）土壤水分遙感研究概況干旱是近幾十年來頻繁發(fā)生的一個(gè)世界性的重大自然災(zāi)害現(xiàn)象，它已嚴(yán)重地影響了人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，并且威脅著人類賴以生存的自然環(huán)境。傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測(cè)方法即為臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。其主要任務(wù)是對(duì)與干旱有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)的臺(tái)站包括氣象站、農(nóng)業(yè)生態(tài)站、水文氣象站等。即利用現(xiàn)有的觀測(cè)臺(tái)站網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)，然后針對(duì)不同類型的干旱經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，確定出適合本地區(qū)或全國(guó)的干旱指標(biāo)，以確定干旱發(fā)生的起止時(shí)間、范圍及嚴(yán)重程度等。這方面的工作開展的比較多，例如氣象局、農(nóng)氣科學(xué)研究的科學(xué)家利用全國(guó)各臺(tái)站觀測(cè)到的土壤濕度數(shù)據(jù)來分析全國(guó)旱情的分布。土壤水分(即土壤濕度、土壤含水量)，作為陸面水資源形成、轉(zhuǎn)化、消耗過程研究中的基本系數(shù)，是聯(lián)系地表水與地下水的紐帶，也是研究地表能量交換的基本要素，并對(duì)氣候變化起著非常重要的作用。土壤水分的變化能影響其本身的水熱過程，使地表參數(shù)發(fā)生變化，如地表反照率、土壤熱容量、地表蒸發(fā)和植被生長(zhǎng)狀況等。這就導(dǎo)致地表能量、水分的再分配。并通過改變地表向大氣輸送的顯熱、潛熱和長(zhǎng)波輻射通量，影響到氣候變化；氣候變化又能引起土壤含水量的變化。兩者相互作用。其中包涵復(fù)雜的反饋過程。此外，土壤水分作為陸面生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的重要組成，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本條件，也是研究植物水分脅迫、進(jìn)行作物旱情監(jiān)測(cè)的最基本因子。遙感具有觀測(cè)范圍廣、獲取信息量大、速度快、實(shí)時(shí)性好、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，最適合于災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。土壤水分遙感取決于土壤表面發(fā)射或反射的電磁輻射能的測(cè)量。而土壤水分的電磁輻射強(qiáng)度的變化取決于其反射率、發(fā)射率、電介特性、溫度等。土壤水分特性在不同波段有不同的反應(yīng)，人們可以依據(jù)土壤的物理特性和輻射理論，利用可見光—近紅外(VIS-NIR)一熱紅外(TIR)一微波(NW)不同波段遙感資料、研究方法以及與環(huán)境因素(地貌、植被等)的相關(guān)分析，來監(jiān)測(cè)土壤水分。其中，可見光—近紅外方法主要依賴于地物的反射光譜特性。由于影響地物光增的因素很多，如表面粗糙度、土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量等，因此借助于地物反射光譜差異來估算土壤水分，在精度上受到限制。當(dāng)然、隨著高光譜遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可見光—近紅外法估算土壤水分的精度會(huì)有所提高。目前，人們多從熱紅外與微波遙感入手監(jiān)測(cè)土壤水分，依據(jù)土壤水分平衡及熱量平衡的原理。通過地表熱通量方程及地表能量平衡邊界條件，從遙感成像機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用熱紅外遙感的土壤熱慣量、植物蒸散、作物缺水指數(shù)等方法，以及微波遙感的土壤輻射亮溫、土壤介電常數(shù)與土壤水分的關(guān)系等。建立遙感數(shù)據(jù)與地面測(cè)量值間的經(jīng)驗(yàn)—半經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)回歸模型、數(shù)值模擬方程(如水熱耦合傳輸方程)等，并借助GIS的支持、通過引入輔助參數(shù)，以提高遙感土壤水分、旱情監(jiān)測(cè)的精度和時(shí)效。隨著土壤—植被—大氣系統(tǒng)(SPAC—Soil-P1ant-AtmosphereContinum)的研究，以及SPAC模擬擴(kuò)展到地下水(GSPAC)的模擬，遙感土壤水分研究有了很大的發(fā)展。盡管研究有不少的突破，然而土壤水分遙感一直是遙感的難點(diǎn)，尚待進(jìn)一步攻克。（2）農(nóng)田土壤水分遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例土壤水分是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的基本條件，它是指示土壤墑情，確定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)春耕時(shí)間，補(bǔ)償灌溉管理和評(píng)價(jià)產(chǎn)量高低的重要參數(shù)。農(nóng)田土壤水分遙感監(jiān)測(cè)，是一項(xiàng)十分引人注目的研究課題，也是國(guó)際上生態(tài)學(xué)、水資源等學(xué)科研究的前沿領(lǐng)域。甘肅省河?xùn)|地區(qū)地域遼闊，農(nóng)田分散，天然植被稀疏，土類變異小，用遙感技術(shù)對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤水分進(jìn)行宏觀、快速、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和確定水肥補(bǔ)償點(diǎn)是十分重要的。李建龍利用劉培君等研制的遙感光譜法，在甘肅省定西縣進(jìn)行農(nóng)田土壤水分的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立相關(guān)估測(cè)土壤水分遙感模型，進(jìn)而做出0~50cm土層大面積土壤水分分布圖，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速監(jiān)測(cè)農(nóng)田土壤水分動(dòng)態(tài)變化，為干旱半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開展，提供科學(xué)指導(dǎo)和為農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究也提供了一種新方法。①利用遙感光譜法監(jiān)測(cè)農(nóng)田土壤水分的技術(shù)原理和工作流程土壤水分遙感光譜法著眼于土壤水分與光譜的直接關(guān)系，采用遙感估算光學(xué)植被蓋度，分解象元排除植被的影響，參照熱慣量法和水分虧缺植物指數(shù)法，來提取土壤水分光譜信息。具體過程為利用近紅外波段和低波長(zhǎng)波段的光譜反射率差值提取植被信息，差值較大的為作物，差值較小的是裸土，負(fù)值可能是水體或濕土。地物的純植被信息用TM二、三波段和四波段(相當(dāng)于NOAA的一、二波段)數(shù)據(jù)表示為：式中V為純差值植被指數(shù)，B4、B23分別為TM四、二、三波段光譜亮度值，rs為物理參數(shù)，它反映裸土的作物產(chǎn)量本底，與光學(xué)植被蓋度(CVO)有關(guān)。利用20個(gè)裸土樣點(diǎn)的野外測(cè)量光譜數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星TM與NOAA數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立了B23=1.03R23+32.2和B4=1.01R4+42.2相關(guān)方程，其相關(guān)系數(shù)為0.97。由于NOAA衛(wèi)星的一、二通道和陸地衛(wèi)星TM的二、三和四通道波段范圍相近，其模型可作為NOAA數(shù)據(jù)建立土壤水分遙感估測(cè)的橋梁，進(jìn)而采用劉培君的遙感光譜法，從TM2、3、4波段和NOAA1、2通道數(shù)據(jù)入手，建立土壤水分遙感監(jiān)測(cè)模型，以此為橋梁，采用參數(shù)反演模型與地面實(shí)測(cè)相結(jié)合方法，建立土壤水分遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(圖5.6)。圖5.6農(nóng)田土壤水分遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)路線圖②信息收集與加工處理從1997~1998年，定期收集大量有關(guān)甘肅省定西縣主要生育期的土壤含水量（地面0~50cm）動(dòng)態(tài)資料、水文數(shù)據(jù)、作物產(chǎn)量和主要?dú)夂蛸Y料及相關(guān)圖件。自1997年4月至1998年5月每隔半月分5層用土鉆法取20個(gè)點(diǎn)觀測(cè)土樣，使用烘干稱重法動(dòng)態(tài)測(cè)定了3km×3km典型樣區(qū)的土壤含水量和小麥產(chǎn)量（用1m×1m樣方，重復(fù)測(cè)4次）等數(shù)據(jù)。對(duì)1997年4月至1998年10月收集到的7幅NOAA（1997年4、5、7、9、10月份和1998年6、8月份中旬）和5幅TM（1997年4、5、9月份和1998年7、10月份）衛(wèi)片資料，進(jìn)行了衛(wèi)片圖象處理，加工和信息提取及地面土表光譜和土壤蒸發(fā)量的觀測(cè)。配合衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行同步地面光譜測(cè)量，利用PM212A型光譜儀按觀測(cè)樣點(diǎn)定點(diǎn)定期觀測(cè)地物光譜、作物蓋度等數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行相關(guān)分析，求算有關(guān)參量，為建立土壤水分遙感監(jiān)測(cè)模型提供條件。利用中國(guó)科學(xué)院生物沙漠所劉培君、張琳等提供的遙感監(jiān)測(cè)程序，參考TM信息，建立了NOAA衛(wèi)片資料、土壤含水量、作物產(chǎn)量和氣候因子等信息數(shù)據(jù)庫和遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)土壤水分的綜合信息系統(tǒng)。四、土壤鹽分監(jiān)測(cè)鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的統(tǒng)稱。鹽土是指土壤中可溶鹽含量達(dá)到對(duì)作物生長(zhǎng)有顯著危害程度的土類。堿土則含有危害植物生長(zhǎng)和改變土壤性質(zhì)的多量交換性鈉，又稱鈉質(zhì)土。土壤鹽漬化狀況可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面。靜態(tài)狀況指的是某一特定時(shí)間，鹽漬土鹽分含量和等級(jí)，鹽分組成和類型，鹽分的剖面垂直分布狀況以及各類鹽漬土的分布狀況；動(dòng)態(tài)鹽漬化狀況則指土壤鹽分隨時(shí)間的變化規(guī)律的研究，包括含量和空間分布的變化。土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究是了解土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)、特征和制定改良措施的重要基礎(chǔ)。要掌握土壤鹽漬化的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的狀況，就必須進(jìn)行土壤的鹽漬化監(jiān)測(cè)。對(duì)于土壤鹽漬化的監(jiān)測(cè)方法，常規(guī)是進(jìn)行野外調(diào)查。但是，傳統(tǒng)的野外調(diào)查需要大量的人力物力和時(shí)間，而且鹽漬土的空間分布、質(zhì)量和數(shù)量特征，隨著時(shí)間的推移在不斷地變化，具有極強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性，常規(guī)的野外調(diào)查技術(shù)很難獲得大面積的實(shí)時(shí)的現(xiàn)勢(shì)的鹽漬地信息。隨著近代航空航天技術(shù)的發(fā)展和逐步成熟，遙感技術(shù)和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感將是土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)的主要手段。現(xiàn)今，運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行大面積、大規(guī)模、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性的土壤等地球資源信息的采集成為現(xiàn)實(shí)，遙感資源成為國(guó)土資源調(diào)查、耕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等基本國(guó)情研究的主要手段。現(xiàn)今各國(guó)都很重視用各種先進(jìn)的遙感技術(shù)手段進(jìn)行土壤鹽漬化的動(dòng)態(tài)研究。（1）國(guó)外土壤鹽漬化遙感應(yīng)用研究發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行土壤鹽漬化監(jiān)測(cè)研究始于20世紀(jì)70年代。進(jìn)入80年代，多波段、多時(shí)相、多遙感數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于鹽漬土和鹽生植被的監(jiān)測(cè)、調(diào)查制圖研究中，這一時(shí)期，主要是結(jié)合鹽漬土和鹽生植被的光譜特征實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行目視判讀，少數(shù)人用監(jiān)督分類提取鹽漬土信息。90年代以來，各種遙感數(shù)據(jù)更加豐富，方法日趨走向成熟。常用的遙感數(shù)據(jù)有：美國(guó)的LandsatMSS和TM，法國(guó)的SPOT，印度的IRS等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。盡管遙感數(shù)據(jù)的光譜分辨率、輻射分辨率、時(shí)間分辨率和空間分辨率在不斷提高，但目視判讀仍然是鹽漬土監(jiān)測(cè)研究和動(dòng)態(tài)分析的重要手段，只是研究?jī)?nèi)容更加廣泛，開始注意到鹽漬土的影像特征因傳感器的分辨率、成相時(shí)間而異；鹽漬土判讀除了根據(jù)其影像特征，還要結(jié)合鹽漬土所處的地理景觀特征進(jìn)行綜合分析；認(rèn)識(shí)到多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)配合使用對(duì)于區(qū)分不同類型的鹽漬土是必要的。土壤鹽漬化的遙感監(jiān)測(cè)是基于遙感技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。不論目視判讀還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類，鹽漬土信息提取主要是基于光譜響應(yīng)特征。BaoB.R.C1995年作了鹽漬土光譜特征的專門研究，認(rèn)為與一般耕地相比，鹽漬土在可見光和近紅外波段光譜反射強(qiáng)；土壤鹽漬化程度越高，光譜反射越強(qiáng)；在紅光和綠光波段，地面植被覆蓋影響鹽漬土的光譜響應(yīng)，另外，太陽高度角、土壤含水量也會(huì)影響鹽漬土的響應(yīng)模式。Dwivedi.R.S1992年作了鹽漬土監(jiān)測(cè)中最佳波段組合的實(shí)驗(yàn)研究，單純從信息量來衡量，TM數(shù)據(jù)1、3、5波段組合所含信息量最大，但鹽漬土信息提取的精度并不與遙感數(shù)據(jù)信息量的大小成正比關(guān)系，鹽漬土監(jiān)測(cè)中常用波段合成方式是標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成。近幾年，微波技術(shù)已開始發(fā)展起來，并逐漸運(yùn)用到土壤鹽漬化的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。Taylor.G.R1996年用雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)澳大利亞西維多利亞地區(qū)，金字塔山城周圍灌區(qū)的鹽漬土