布儒斯特定律 基于土壤微波辐射布儒斯特角反演土壤含水率

原标题:【论文选编】基于土壤微波辐射布儒斯特角的土壤含水量反演

土壤含水量在土地-空气能量交换过程中起着非常重要的作用。准确获取SMC时间空变化信息可以为农业生产和旱涝灾害监测提供重要依据，对水资源管理和气候变化等相关研究也具有重要的学术意义和应用价值。目前，微波遥感已经成为地表SMC反演的主要技术手段之一，而土壤粗糙度是制约微波遥感SMC精度的最关键因素之一。如何降低表面粗糙度对SMC反演的影响一直是该领域的研究热点。由于对多角度地表微波辐射观测数据中粗糙度信息的挖掘不足，多角度数据的应用潜力没有得到充分利用。

基于AIEM模型，分析了表面微波发射率的多角度模拟结果，探索了表面微波辐射的多角度特性在表面SMC反演中的应用。基于AIEM模型，模拟了不同表面粗糙度和不同表面粗糙度的多角度微波V偏振发射率，并根据发射率数据随观测角度的变化趋势提取了土壤介质的布儒斯特角。布儒斯特角的计算结果表明，土壤布儒斯特角对SMC高度敏感，不同含水量土壤在C波段的布儒斯特角范围为60° ~ 80°。随着SMC的变化，土壤布儒斯特角可以变化15°。

研究结果表明，土壤布儒斯特角正切值与SMC具有较好的线性关系，两者的线性拟合决定系数为0.94。基于此提出了布儒斯特角正切值的地表SMC反演算法。验证结果表明，算法的SMC预测值与理论值的决定系数为0.95，均方根误差为0.025 cm 3 /cm 3 ，并且算法在不同土壤粗糙度自相关函数下均表现出稳健的特性，SMC预测精度最大均方根误差为0.027 cm 3 /cm 3 ，最小为0.023 cm 3 /cm 3 。基于布儒斯特角的SMC反演算法利用的是多角度土壤发射率的相对变化而非其绝对数值，该研究为SMC的多角度被动微波遥感提供了一种不同的研究思路。