【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 判別結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。因此，在本次調(diào)查中，需要對(duì)土壤和地表的實(shí)際狀況進(jìn)行實(shí)際測(cè)量和調(diào)查，以進(jìn)一步對(duì)算法進(jìn)行校正及檢驗(yàn)，提高判別精度。需要觀測(cè)的地表參數(shù)包括：土壤含水量、土壤溫度、土壤容重、土壤質(zhì)地和地表的粗糙度。這些參數(shù)的野外地面調(diào)查為算法的驗(yàn)證提供了依據(jù)，也為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)果提供了數(shù)據(jù)支持，從而能夠?yàn)閮鋈谇治g區(qū)范圍的界定提供有力的數(shù)據(jù)支持。AMSRE數(shù)據(jù)的象元面積較大（約 25km *25km），因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星算法的驗(yàn)證，對(duì)地面測(cè)量的觀測(cè)要求，布置數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)對(duì)地表溫度和含水量進(jìn)行自動(dòng)采集，以保證對(duì)衛(wèi)星算法精度的驗(yàn)證。在調(diào)查區(qū)選擇 3個(gè)同步區(qū)域，觀測(cè)區(qū)域內(nèi)垂直剖面（深度 5cm）的土壤水分（單位： %）和土壤溫度（單位： ℃ ），在每個(gè)同步區(qū)域內(nèi)布設(shè) 100個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)上分別布設(shè)一臺(tái)數(shù)據(jù)采集儀、一個(gè)土壤水分傳感器和兩個(gè)土壤溫度傳感器，分別來(lái)測(cè)定土壤 0~5cm的含水量、0~2cm和 2~5cm的土壤溫度。具體方案如下：測(cè)量?jī)x器： 土壤水分傳感器（數(shù)量： 100個(gè)；型號(hào)： CYTSC；精度： 177。3% ），土壤溫度傳感器（數(shù)量： 200個(gè)；型號(hào)： CRZ1632；精度： ℃ ），數(shù)據(jù)采集儀（數(shù)量： 100個(gè)；型號(hào)： zigbee）， GPRS網(wǎng)關(guān)（數(shù)量： 10個(gè)；型號(hào)：zigbee），數(shù)據(jù)接收模塊（數(shù)量： 1個(gè)），主機(jī)（ 1臺(tái)）。測(cè)量方法：選擇同步區(qū)域：同步區(qū)域面積為 25km*25km，位置選擇在重點(diǎn)預(yù)防保護(hù)區(qū)，要求地勢(shì)平坦，地表利用類型較均一，沒(méi)有大面積的水體存在。 布設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 在同步區(qū)域內(nèi)按照如圖所示的方法布設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，保證每部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)距離最近的另一部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的距離小于 。圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布設(shè)方法示意圖，圖中圓圈代表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集 ：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集地表的溫度和液態(tài)水含量，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò) GPRS模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)接收模塊，進(jìn)一步保存到主機(jī)硬盤中； 布設(shè)好數(shù)據(jù)采集儀后，對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行連續(xù) 1個(gè)月的測(cè)量；在三個(gè)同步區(qū)各取 10個(gè)樣進(jìn)行手工測(cè)量和觀測(cè)，選擇點(diǎn)離布置的探頭比較近，以便對(duì)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。手工測(cè)量方法如下： ① 土壤水分測(cè)量?jī)x器：烘箱，電子天平（精度 ），鋁盒， 5號(hào)自封袋，干燥器。 測(cè)量步驟：（超過(guò) 15 g），用自封袋密封，在自封袋上記錄土樣編號(hào)（日期 +采樣點(diǎn)編號(hào) +取土層次（ 02cm， 25cm），帶回實(shí)驗(yàn)室。 ，取一個(gè)干燥鋁盒，用電子天平稱量 “ 鋁盒重 ” 為 m1 (g)。 入 10 g左右土壤，稱量 “ 鋁盒 +濕土重 ” 為 m2 (g)。 放入烘箱， 105℃ 溫度下烘干 68小時(shí)，取出放置干燥器中冷卻半小時(shí)，稱量 “ 鋁盒 +干土重 ” 為 m3 (g)。 量為：② 土壤溫度測(cè)量?jī)x器：鉑金電阻針式電子溫度計(jì)， 10cm直尺，照相機(jī)， GPS測(cè)量步驟 ： ，記錄 GPS顯示的采樣點(diǎn)經(jīng)緯度，用照相機(jī)對(duì)采樣點(diǎn)環(huán)境進(jìn)行拍照；； 6cm的垂直土壤剖面； 5cm水平插入距地表0~2cm， 2~5cm處，待溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后記錄溫度計(jì)的顯示溫度。4）數(shù)據(jù)處理 ：對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)，選取每天 1:30和 13:30的土壤含水量和溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)溫度判斷地表是否發(fā)生凍融循環(huán)，如果如果地表發(fā)生凍結(jié)，通過(guò)兩個(gè)時(shí)刻的含水量差得到相變水量； 5）質(zhì)量控制（精度評(píng)價(jià)） ：將各點(diǎn)相變水量的計(jì)算值進(jìn)行等權(quán)加和，得到整個(gè)象元的相變水量實(shí)測(cè)值；將相變水量算法用于 AMSRE衛(wèi)星數(shù)據(jù)，得到反演的相變水量值；對(duì)比相變水量實(shí)測(cè)值與反演值，計(jì)算二者的相關(guān)性，對(duì)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。進(jìn)行衛(wèi)星同步測(cè)量驗(yàn)證因子提取算法的流程，還需要開展地面參數(shù)的人工測(cè)量，以輔助數(shù)據(jù)采集儀的測(cè)量結(jié)果。人工對(duì)地表一些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量在對(duì)土壤和地表的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，均需利用 GPS記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度，用照相機(jī)對(duì)采樣點(diǎn)環(huán)境進(jìn)行拍照。需要測(cè)量的地表參數(shù)及測(cè)量方法如下：1 土壤容重定義：自然狀態(tài)下，單位體積田間土壤烘干后的重量，單位是克 /立方厘米（ g/cm3）。測(cè)量?jī)x器： 100cm3體積環(huán)刀，電子天平（精度 ），烘箱，鋁盒，環(huán)刀手柄，刮土刀，錘子，鐵锨， 7號(hào)自封袋。 測(cè)量步驟 ：（ 1） 出野外前，將干凈的環(huán)刀編號(hào)，并記錄重量 m1 (g)；（ 2） 到達(dá)采樣點(diǎn)后，選取較平坦的地面，去除地表雜物，將環(huán)刀刀刃朝下，環(huán)刀手柄放置于環(huán)刀上，用錘子敲打環(huán)刀手柄，將環(huán)刀垂直砸入土壤，使土面剛好超過(guò)環(huán)刀上沿；用刮土刀刮平環(huán)刀上表面，蓋好上蓋；用鐵锨將環(huán)刀挖出；同樣的方法蓋好下蓋。將環(huán)刀表面擦干凈，用自封袋密封，編寫容重采樣編號(hào)（日期 +采樣點(diǎn)編號(hào)）。（ 3） 將環(huán)刀取出，記錄環(huán)刀編號(hào)、裝土的環(huán)刀重量 m2 (g)；將環(huán)刀中的土壤移出放回自封帶。（ 4） 將自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)量自封袋內(nèi)的土壤重量含水量Mg。（ 5） 計(jì)算土壤容重為：2 土壤質(zhì)地定義：一定重量干燥土壤中，沙粒、粉粒和粘粒所占的重量百分比（此處采用美國(guó)制，沙粒粒徑為 mm，粉粒為 mm，粘粒為 mm）。測(cè)量步驟：（ 1） 在采樣點(diǎn)選擇較典型的地類，記錄采樣點(diǎn)編號(hào)，用 10號(hào)自封袋取回 500 g土樣。（ 2） 回到實(shí)驗(yàn)室，采用吸管法測(cè)定土壤質(zhì)地，得到洗失量（僅對(duì)含有機(jī)質(zhì)或碳酸鹽較多的土壤）、沙粒含量、粘粒含量、粉粒含量。3 地表粗糙度定義：是指地面凹凸不平的程度，即地表微地形，是一種隨機(jī)粗糙度，使用均方根高度和相關(guān)長(zhǎng)度來(lái)分別描述垂直方向和水平方向上的土壤表面粗糙程度。① 表面粗糙度的高度標(biāo)準(zhǔn)離差對(duì)于離散的一維數(shù)據(jù)，若 z(x)表示在 x位置上的高度， N表示取樣個(gè)數(shù)，則高度標(biāo)準(zhǔn)差 h可以定義為： 式中：② 表面自相關(guān)長(zhǎng)度對(duì)于離散數(shù)據(jù)，相距 x’=(j1) ?x的歸一化自相關(guān)函數(shù)，則由下式給出（其中： 1≤j ≤N的整數(shù)）： 當(dāng)相關(guān)函數(shù) ?（ x’ ）等于 1/e時(shí)的間隔 x’ 值被定義為表面相關(guān)長(zhǎng)度 l，即： ?（ ι） =1/e測(cè)量?jī)x器 ：粗糙度板，數(shù)碼相機(jī)測(cè)量步驟 ：（ 1）將粗糙度測(cè)量板垂直放置在地表（圖），使粗糙度板上的擋針自然地與地表接觸，使水平器的水準(zhǔn)氣泡居中，并盡量避免在測(cè)量板上出現(xiàn)植被遮擋和陰影；（ 2）用相機(jī)拍攝粗糙度板（圖），記錄照片編號(hào)。（ 3）將照片導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，提取每個(gè)擋針相對(duì)地面的高度 z(x)和間隔 x’ 。（ 4）通過(guò)提取擋針間隔 x’ 和相對(duì)地面高度 z(x)計(jì)算高度標(biāo)準(zhǔn)差和表面自相關(guān)長(zhǎng)度。 圖 地表粗糙度野外測(cè)量成果構(gòu)成 野外測(cè)量數(shù)據(jù)集； 中國(guó)區(qū)域每日地表凍融循環(huán)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果分布圖； 中國(guó)區(qū)域年凍融日循環(huán)天數(shù)分布圖； 日均凍融相變水量術(shù)語(yǔ)日均凍融相變水量 ： 是指土體凍融循環(huán)過(guò)程中發(fā)生相變的水量。相變水量增加，凍結(jié)時(shí)由于水體結(jié)冰體積增大而對(duì)土體的破壞作用增加。在凍融交替過(guò)程中，土壤含水量的增大使得土壤抗剪切力減小。日均凍融相變水量反映了土壤含水量對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度的影響數(shù)據(jù)處理地表實(shí)際發(fā)生的相變水量可以通過(guò) AMSRE數(shù)據(jù)的表現(xiàn)出的微波輻射特征變化來(lái)反映。 AMSRE數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從美國(guó)冰雪數(shù)據(jù)中心免費(fèi)下載。通過(guò)選取高時(shí)間分辨率的 AMSRE輻射計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)凍融日循環(huán)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于 AMSRE亮溫?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)品在中低緯度地區(qū)不能達(dá)到全覆蓋，要根據(jù)拼接算法進(jìn)行相鄰兩日亮溫?cái)?shù)據(jù)的拼接。 因子計(jì)算根據(jù)拼接后的 AMSRE數(shù)據(jù)，通過(guò)相變水量算法估計(jì)地表凍融循環(huán)過(guò)程中的相變水量。其計(jì)算步驟為（ 1） 提取通道 ，計(jì)算 ，求取升降軌數(shù)據(jù)的準(zhǔn)發(fā)射率的差異；（ 2） 將提取得到的圖層數(shù)據(jù)代入下式進(jìn)行相變水量的計(jì)算。（ 3） 累 計(jì) 年 凍 融相 變 水 總 量， 進(jìn) 行平均 獲 取日均 凍 融相 變 水量。圖 日凍融相變水量因子計(jì)算流程質(zhì)量控制需要開展地面觀測(cè)土壤水分和溫度等參數(shù)來(lái)驗(yàn)證凍融相變水量因子，已保證其獲取精度。對(duì)于需要開展的地面測(cè)量參數(shù)布點(diǎn)、觀測(cè)步驟與凍融日循環(huán)天數(shù)的觀測(cè)規(guī)范相同。成果構(gòu)成野外測(cè)量數(shù)據(jù)集；中國(guó)區(qū)域每日地表凍融相變水量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果分布圖；中國(guó)區(qū)域年均凍融相變水量分布圖； 術(shù)語(yǔ)：年均降雨量 ：一個(gè)區(qū)域多年的年降水量的平均值。數(shù)據(jù)處理 ：收集西藏、四川、云南、青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江等省、自治區(qū)各氣象站和水文站 19812023年的降水量資料。計(jì)算多年平均年降水量，繪制降水量等值線圖。將等值線圖空間插值成為 30m空間分布率的柵格數(shù)據(jù)。因子計(jì)算 : 計(jì)算技術(shù)流程如圖 。賦值標(biāo) 準(zhǔn)全國(guó)各氣象站和水文站近30年逐年降水資料 全國(guó)多年平均年降水量等值線圖及30m格網(wǎng)全國(guó)各地多年平均降水量 年均年降水量因子圖圖 年均降水量因子調(diào)查技術(shù)流程（ 1） 利用各氣象和水文臺(tái)站降水量資料，計(jì)算多年平均降水量。（ 2） 繪制降水量等值線圖?；?GIS軟件，利用各地多年平均降水量，繪制凍融侵蝕區(qū)降水量等值線圖。（ 3） 對(duì)降水量等值線圖進(jìn)行空間插值，建立 30m分辨率凍融侵蝕區(qū)年均降水量柵格圖。（ 4） 根據(jù)凍融侵蝕年降水量因子賦值標(biāo)準(zhǔn)將年均降水量分布圖分成四級(jí)，得到凍融侵蝕年均降水量因子圖。 質(zhì)量控制 ： 確保收集到的降水資料全面準(zhǔn)確，對(duì)西藏、青海等氣象臺(tái)站稀少的區(qū)域可以 2023至 2023年間 TRMM 3B42數(shù)據(jù)估算的年均降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。成果構(gòu)成 ： 凍融侵蝕年均降雨量因子圖術(shù)語(yǔ)： 同水蝕因子計(jì)算 ：（ 1） 計(jì)算凍融侵蝕區(qū)坡度圖，計(jì)算方法同水蝕；（ 2） 根據(jù)凍融侵蝕坡度因子賦值標(biāo)準(zhǔn)將凍融侵蝕區(qū)坡度圖分成四級(jí)，得到凍融侵蝕坡度因子圖。質(zhì)量控制 ： 同水蝕坡度調(diào)查一致。成果構(gòu)成 ： 凍融侵蝕坡度因子圖 DEM 坡向 圖 坡向因子 圖賦值標(biāo) 準(zhǔn) 坡向術(shù)語(yǔ) ：坡向 ： 坡向?yàn)槠旅娣ň€在水平面上的投影的方向，不同坡向的地表由于接受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不同，造成坡向小氣候和土壤理化性質(zhì)存在差異，進(jìn)而影響凍融作用的強(qiáng)弱程度。因子計(jì)算 ： 坡向因子由 DEM生成，調(diào)查技術(shù)流程如圖 。 （ 1） 利用 DEM，在 GIS軟件中生成坡向圖；（ 2） 根據(jù)凍融侵蝕坡向因子賦值標(biāo)準(zhǔn)將坡向圖分成四級(jí)，得到坡向因子圖。質(zhì)量控制 ： 同坡度因子質(zhì)量控制。成果構(gòu)成 ： 凍融侵蝕坡向因子圖。 植被覆蓋術(shù)語(yǔ) ：植