第七章-土壤遥感

第七章土壤遥感城市与环境学院王细元[e-mail]遥感地学分析，黄家柱教授遥感地学分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing土壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用与管理土壤资源及时提供科学数据。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing内容提要7.1土壤波谱特征及其变化规律7.1.1土壤的反射光谱特征7.1.2土壤的热红外辐射特征7.1.3土壤的的微波辐射与散射特征7.3土壤遥感分析7.3.1土壤类型的遥感分析7.3.2土壤侵蚀调查与监测7.3.3土壤水分监测与干旱灾害预测7.3.4土壤盐分监测王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing7.1土壤波谱特征及其变化规律7.1.1土壤的反射光谱特征土壤的波谱特性主要包括土壤反射光谱特性、土壤热红外与微波的辐射散射特性等，但应用最多的是土壤反射光谱特征。总的来说，土壤的主要物质组成与岩矿一脉相承，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致，即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会对反射率产生影响。7.1土壤波谱特征及其变化规律王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing7.1土壤波谱特征及其变化规律土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发生许多变化但就其光谱曲线在可见光至近红外区的整体形态与斜率变化情况看，均可归纳为平直型、缓斜型、陡坎型和波浪型四大类。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing总的来说，土壤光谱反射特性的差异与变化都取决于土壤的组成与表面状态，其中最为重要的是腐殖质含量。含量愈高，反射率愈低，光谱的曲线愈趋低平，这是总的规律。但应注意腐殖质的组分如胡敏酸、富里酸等之间的光谱特性差异颇大，对土壤光谱特性的影响也就有所不同。此外，土壤湿度对反射特性的巨大影响绝对不能忽视。土壤的机械组成即质地与表面状况对光谱反射率也有明显影响。7.1土壤波谱特征及其变化规律王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing7.1.2土壤的热红外辐射特征土壤的热红外和微波辐射、散射特性与岩矿有许多类似之处，但由于土壤是疏松的有机和无机复合体，固、液、气三相共存，成分多样，且处于相互消长、快速多变之中，故更为复杂。其中土壤含水量是造成土壤表面温度差异，乃至热红外辐射变化的主要因素。7.1土壤波谱特征及其变化规律王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing7.1.3土壤的的微波辐射关于土壤的微波辐射特性，根据肖金凯的初步研究，不论何种土壤类型，在105℃烘干状态下，其介电常数均在5左右，加水之后，介电常数近线性上升，不同类型土壤，上升幅度稍有差异，表明土壤的介电常数主要由土壤含水量决定，与土壤成分和性质有一定关系但不是很大。7.1土壤波谱特征及其变化规律王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing7.3.2土壤侵蚀调查与监测土壤侵蚀是指地表缺乏植被保护时，表土或土体在外营力作用下被冲刷、剥蚀、迁移和堆积的现象。外营力通常可分为水蚀（溶蚀、溅蚀、冲蚀）；风蚀（滑动、跳跃、吹扬〕；重力侵蚀（滑坍、崩坍、泻溜）等类型。土壤侵蚀不仅使土壤结构破坏，土层减薄，土壤退化、沙化，肥力降低，甚至使地面破碎，沟壑纵横，土壤资源质量严重下降。土壤侵蚀的发生虽有其自然原因但不合理地利用土壤资源，如滥伐林木、过度放牧、陡坡开垦则是加速土壤侵蚀的发生和发展的重要原因。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing遥感和地理信息系统技术，为区域土壤侵蚀监测和预报提供了有力的手段。遥感能够提供实时、同步、大范围的地表信息，遥感图像可清楚地反映土壤侵蚀的环境条件、侵蚀的程度和类型。GIS则能够在空间范围内对多源、多时相的信息进行组合、集成、提取等拓扑分析。利用遥感信息源，辅以其它相关的专题信息(包括专题图件、统计资料)、野外实况调查以及样方测量方法，即可有效地进行土壤侵蚀分区、分类、分级判别和制图，定量分析不同程度侵蚀的分布和面积，从而为水土保持规划与决策、生态建设等提供信息支持服务。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing土壤侵蚀分类分级遥感定量方法，包括两方面内容：第一是通过遥感信息和非遥感信息的综合分析，确定侵蚀类型；第二是根据不同侵蚀类型，按照各类侵蚀强度模型的因子匹配关系，通过RS和GIS技术相结合提取侵蚀量因子值。侵蚀成因类型的解译，可以从两方面分析：一方面是通过对侵蚀类型区的解译确定侵蚀类型的分布区域，另一方面是通过判别不同侵蚀类型过渡处图斑的侵蚀类型确定不同侵蚀类型的界线。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing（1）土壤侵蚀强度分级及遥感数据处理土壤侵蚀强度分级根据全国土壤侵蚀调查规程，按下表进行分级。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing不同水力侵蚀类型强度分级参考指标7.3土壤遥感分析不同水力侵蚀类型强度分级参考指标王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing（2）土壤侵蚀遥感技术调查监测的信息源选择我国应用遥感技术编制了1:50万、1:20万、1:10万、1:5万、在局部地区编制了1:2.5万至1:1万的各种比例尺的土壤侵蚀图，其中早期应用了MSS、TM，后来也应用了SPOT4以及各地区摄影的全色及彩红外航空像片(在山西、宁夏大量应用了彩红外航片)、近期在有些地区开始应用中巴资源1号星，SPOT5号星以及IKONOS等遥感信息源进行土壤侵蚀调查和监测。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing（3）3S技术在土壤侵蚀调查监测中的应用遥感与GIS和GPS的结合集成，在水土流失、土壤侵蚀等自动制图方面有很好的应用潜力。将遥感图像与DEM叠合后可以编制土壤侵蚀强度等级图，应用GIS管理的大量空间数据，可以随时查询、统计分析、或根据需要进行相关空间分析，而GPS可对不同时期、大小面积的滑坡、塌陷进行定位和面积测定，对沟堑切割深度及深度进展速度进行测定，也可作为遥感图像进行土壤侵蚀相关因子的地面补充测定，训练样地选择和地面检验。7.3土壤遥感分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing西安市水土流失动态变化及对策研究——冯晓刚2研究方法2.1地形因子提取：利用DEM提取坡度坡向2.2植被盖度提取：利用NDVI提取植被盖度F=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)2.3土地利用类型的提取：监督分类、非监督分类建设和居民用地、耕地、林地、水域、牧草地、为开发地2.4基于RS的土壤侵蚀判读指标王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing《土壤侵蚀分类分级标准》王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing结果分级指标王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing张家界市水土流失遥感调查与监测——黄树春数据源：遥感数据分别是1975年MSS、2000年前后的TM/ETM和2007年SPOT5共3个时相的卫星数据,辅助数据还包括1!10万土地利用图、1!1万土地利用图、1!5万DRG、1!5万DEM、1!5万地质图、1!5万水文地质图、降水量和植被覆盖等资料。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing方法：数据预处理：正射纠正、直方图均衡化、线性拉伸、色谱平衡、对比度扩展等水土流失信息提取：用1：5万地形图生成DEM，做坡向分析用NDVI，计算植被覆盖度。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing结果王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing国际科学数据服务台://glovis.usgs.gov/【美国地质调查局速度很慢30KB/S以下，比CSDB多】王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensingSRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前公开数据为90米分辨率的数据）。全球30米分辨率数字高程数据产品经度：1度维度：北为正，南为负分辨率：30m王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing图像拼接数据预处理镶嵌图像镶嵌工具王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing增加图像输入图像颜色纠正设置插入模型设置重叠部分函数设置输出运行，并输出王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing淮安洪泽湖王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensingERDAS中坡度、坡向解译地形分析坡度分析坡向分析王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing水土流失是不利的自然条件与人类不合理的经济活动互相交织作用产生的。不利的自然条件主要是：地面坡度陡峭，土体的性质松软易蚀，高强度暴雨，地面没有林草等植被覆盖。水土流失对当地和河流下游的生态环境、生产、生活和经济发展都造成极大的危害。水土流失破坏地面完整，降低土壤肥力，造成土地硬石化、沙化，影响农业生产，威胁城镇安全，加剧干旱等自然灾害的发生、发展，导致群众生活贫困、生产条件恶化，阻碍经济、社会的可持续发展。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysisforRemoteSensing水土流失是在湿润或半湿润地区，由于植被破坏严重导致的。如果是在干旱地区的植被破坏，会导致沙尘暴或者土地荒漠化，而不是水土流失。因为植被破坏严重，再加上雨水和地表水的冲刷，导致水土流失。加大植被的覆盖率，可以保持水土，也就是防止水土流失的发生。王细元城市与环境学院遥感地学分析GeographyAnalysis