基于指数滤波法的中国区域深层土壤水分估算

摘要

微波遥感技术已经可以实现区域尺度表层土壤水分的观测，但是与生态、水文和农业等领域更密切相关的是深层土壤水分，如何实现由表层土壤水分估算深层土壤水分仍是亟待解决的科学问题。本研究利用中国区域2 121个土壤水分观测站点的多层土壤水分数据（统计数据未含港、澳、台地区。下同），基于10 cm土壤水分，应用指数滤波法分别估算20、30、40和50 cm深度的土壤水分。结果表明：1)随着土壤深度的增加，指数滤波法的估算精度逐渐下降，NSE（纳什效率系数）中值对应4个深度分别为0.76、0.54、0.39和0.28,R²（决定系数）中值分别为0.86、0.73、0.64和0.59,RMSE（均方根误差）中值分别为0.023、0.027、0.028和0.028 m³/m³;2)由2 121个土壤水分站点率定得到的站点最佳T值（表征土壤水分从表层运移至深层的时间）的中值估算深层土壤水分具有可行性，尤其估算浅层（如20 cm）土壤水分时，估算结果与用最佳T值相比，93%的站点NSE差值<0.05,82%的站点RMSE差值<0.001;3)表层和深层土壤水分的相关性越好，指数滤波法的估算精度越高。综上，指数滤波法在中国区域具有较好的适用性，中国区域T的中值，可以作为指数滤波法在中国区域应用的参考值。

关键词

表层土壤水分 / 深层土壤水分 / 指数滤波法 / 中国区域 / 土壤水分观测站

基金资助

鄂尔多斯市科技计划项目（2022YY007）; 国家自然科学基金项目（42071327）