星基全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System Reflectometry,GNSS-R)技术已经成为大范围监测地表土壤湿度的一个有效手段.旋风全球导航卫星系统(Cyclone Global Navigation Satellite System,CYGNSS)以高时空分...星基全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System Reflectometry,GNSS-R)技术已经成为大范围监测地表土壤湿度的一个有效手段.旋风全球导航卫星系统(Cyclone Global Navigation Satellite System,CYGNSS)以高时空分辨率的优势广泛应用于土壤湿度反演研究.2024年9月,土壤湿度主被动(soil moisture active passive,SMAP)遥感卫星首次公开了GNSS-R反射率数据.本文首先对多源GNSS-R地表反射率、SMAP卫星土壤湿度产品和第五代全球气候和天气再分析数据集(fifth generation ECMWF atmospheric reanalysis of the global climate,ERA5)土壤湿度产品进行时空匹配;其次讨论不同地理纬度、不同土地类型、不同植被光学厚度情况下CYGNSS和SMAP的星基GNSS-R地表反射率在全球范围内的差异性,并提出了基于幂律函数的经验公式模型对它们的差异进行了修正;最后分析了星基GNSS-R地表反射率对土壤湿度的响应.结果表明:CYGNSS在38°S~38°N数据量充足且分布较均匀,有利于开展地表参数反演,而SMAP数据量偏少,但能覆盖中高纬度地区,二者具有互补性;在不同地理纬度、土地类型、植被光学厚度情况下,CYGNSS和SMAP的地表反射率在数值上存在非线性差异,这与二者接收到的信号频率和极化方式不同有很大关系,前者接收的是GPS L1频段的左旋圆极化反射信号,后者接收的是GPS L2C频段的水平和垂直线性极化反射信号,可用幂律函数很好地修正它们之间的差异;CYGNSS和SMAP的地表反射率与土壤湿度整体上存在较好的相关性.研究结果有利于未来开展多源星基GNSS-R反射率联合反演地表环境参数.展开更多
文摘星基全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System Reflectometry,GNSS-R)技术已经成为大范围监测地表土壤湿度的一个有效手段.旋风全球导航卫星系统(Cyclone Global Navigation Satellite System,CYGNSS)以高时空分辨率的优势广泛应用于土壤湿度反演研究.2024年9月,土壤湿度主被动(soil moisture active passive,SMAP)遥感卫星首次公开了GNSS-R反射率数据.本文首先对多源GNSS-R地表反射率、SMAP卫星土壤湿度产品和第五代全球气候和天气再分析数据集(fifth generation ECMWF atmospheric reanalysis of the global climate,ERA5)土壤湿度产品进行时空匹配;其次讨论不同地理纬度、不同土地类型、不同植被光学厚度情况下CYGNSS和SMAP的星基GNSS-R地表反射率在全球范围内的差异性,并提出了基于幂律函数的经验公式模型对它们的差异进行了修正;最后分析了星基GNSS-R地表反射率对土壤湿度的响应.结果表明:CYGNSS在38°S~38°N数据量充足且分布较均匀,有利于开展地表参数反演,而SMAP数据量偏少,但能覆盖中高纬度地区,二者具有互补性;在不同地理纬度、土地类型、植被光学厚度情况下,CYGNSS和SMAP的地表反射率在数值上存在非线性差异,这与二者接收到的信号频率和极化方式不同有很大关系,前者接收的是GPS L1频段的左旋圆极化反射信号,后者接收的是GPS L2C频段的水平和垂直线性极化反射信号,可用幂律函数很好地修正它们之间的差异;CYGNSS和SMAP的地表反射率与土壤湿度整体上存在较好的相关性.研究结果有利于未来开展多源星基GNSS-R反射率联合反演地表环境参数.
