Radarsat—2影像對鹽漬地微觀離子的響應(yīng)

郭曉靜+王耀強+馬騰+鄭磊+申小華

摘要：以內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)為研究對象，選取Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，野外采集土樣，室內(nèi)測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應(yīng)。結(jié)果表明，對離子的響應(yīng)強度HH極化要高于HV極化，同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，12月份的響應(yīng)要高于10月份。

關(guān)鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關(guān)聯(lián)分析法；響應(yīng)

中圖分類號：S127；S151.9+5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤鹽漬化發(fā)生在干旱、半干旱區(qū)，內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)由于長期引黃灌溉和只灌不排導(dǎo)致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務(wù)之急，而傳統(tǒng)的方法局限性大，耗時長，效率低，已經(jīng)不能滿足需要。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，不少學(xué)者用微波遙感技術(shù)對土壤鹽堿化監(jiān)測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應(yīng)和雷達影像的入射角、極化方式相關(guān)[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監(jiān)測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地面野外考察數(shù)據(jù)，選取內(nèi)蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發(fā)生地區(qū)作為試驗區(qū)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，主要對表征土壤鹽漬化的8種離子與雷達影像輻射亮度值之間的關(guān)系進行分析[3，4]，以便對土壤鹽漬化狀況作大范圍、宏觀的了解。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)是我國具有悠久歷史的一個大型灌區(qū)。由于長期的引黃灌溉和只灌不排，且灌溉面積不斷地擴大，灌排工程不配套等因素導(dǎo)致了灌區(qū)的地下水位迅速上升并超過臨界水位，從而加劇了土壤的鹽漬化。研究區(qū)的地形平坦，西南高于東北，海拔1 007～1 050 m。土壤以鹽漬化淺色草甸土和鹽土為主。陜壩全年日照時數(shù)為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發(fā)量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區(qū)鹽漬地分布區(qū)地勢平坦，地形變化小，在野外選點時，選擇地勢平坦、植被覆蓋少的地方作為采樣點，且采樣點均勻分布在研究區(qū)內(nèi)，在采樣時采用GPS定位技術(shù)，記錄每一點的經(jīng)緯度坐標。

此次采用的數(shù)據(jù)為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，其參數(shù)為：波段C， HH、HV兩種極化方式，分辨率為8 m，圖像的覆蓋范圍為25 km×25 km[5-8]。研究區(qū)的雷達影像圖見圖1。

2 技術(shù)方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內(nèi)蒙古河套地區(qū)進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區(qū)。采取地表0～10 cm的土樣，每個采樣點呈三角形分布共采集3個樣，且每個點位的屬性均一，所以可以把3個采樣點的均值作為最終樣點的屬性值，將野外的采樣點樣品帶回室內(nèi)，在實驗室測定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

對所有采集的土樣風(fēng)干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風(fēng)干土與100 mL去離子水混合，振動、浸泡，使土壤鹽分充分溶解，過濾，取上清液進行土壤鹽分的測定，用EDTA滴定法測定Ca2+和Mg2+；用雙指示劑中和法測定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法測定Cl-；用EDTA間接滴定法測定SO42-，用差減法測定Na+和K+。

在研究區(qū)采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數(shù)（FI）、邊緣保持指數(shù)（ESI）為指標分析了典型地類區(qū)域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結(jié)果表明，研究區(qū)采用增強Frost濾波法較為理想。

為了確定各點的幾何位置需對雷達影像進行精校正。然后將雷達影像上對應(yīng)點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關(guān)聯(lián)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 數(shù)據(jù)的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區(qū)的為36個采樣點，設(shè)xi（i=1，2，…，36）分別代表各采樣點的雷達影像強度值，與含鹽量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩陣。

2.2.2 數(shù)據(jù)的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數(shù)據(jù)作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應(yīng)

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應(yīng)

4 結(jié)論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應(yīng)情況。從研究結(jié)果可知，就同期數(shù)據(jù)結(jié)果表明不同極化方式對離子的響應(yīng)情況不一樣， HH極化的響應(yīng)強度都要高于HV極化的響應(yīng)強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應(yīng)情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應(yīng)最弱，但是和其他離子相差甚小。在12月的HH、HV極化中對CO32-離子的響應(yīng)最弱，且和其他離子相差很大。

在野外采集10月份土壤的時候，部分土地有耕翻的情況，會對結(jié)果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應(yīng)點的像素值，并沒有得到相應(yīng)的定量參數(shù)，會對結(jié)果的精度有微小的影響。但是結(jié)論對進一步研究雷達信號和離子的關(guān)系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數(shù)據(jù)參數(shù)的選取與應(yīng)用研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2012.

[2] 韋建波.RADARSAT-2數(shù)據(jù)在干旱區(qū)鹽漬地信息提取中的應(yīng)用[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2009.

[3] ZHANG F，TIYIP T，DING J L，et al. The effects of the chemical components of soil salinity on electrical conductivity in the region of the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers，China[J]. Agricultural Sciences in China，2009，8（8）：985-993.

[4] 何祺勝，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.星載雷達影像對鹽漬地微觀離子的響應(yīng)研究[J].水土保持通報，2009，29（5）：18-20.

[5] 黎 力，黃家林，閆曉紅.Radarsat-2在重慶土地利用遙感監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]. 地礦測繪，2012，28（3）：7-9.

[6] 何祺勝，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.基于多源數(shù)據(jù)的干旱區(qū)鹽漬地信息提取[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2010，25（2）：210-215.

[7] 塔西甫拉提·特依拜，吐爾遜·艾山，海米提·司馬義，等. 土壤鹽漬化遙感監(jiān)測研究進展綜述[J].新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，25（1）：2-6.

[8] 塔西甫拉提·特依拜，張 飛，趙 睿，等.新疆干旱區(qū)土地鹽漬化信息提取及實證分析[J].土壤通報，2007，38（4）：626-630.

摘要：以內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)為研究對象，選取Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，野外采集土樣，室內(nèi)測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應(yīng)。結(jié)果表明，對離子的響應(yīng)強度HH極化要高于HV極化，同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，12月份的響應(yīng)要高于10月份。

關(guān)鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關(guān)聯(lián)分析法；響應(yīng)

中圖分類號：S127；S151.9+5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤鹽漬化發(fā)生在干旱、半干旱區(qū)，內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)由于長期引黃灌溉和只灌不排導(dǎo)致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務(wù)之急，而傳統(tǒng)的方法局限性大，耗時長，效率低，已經(jīng)不能滿足需要。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，不少學(xué)者用微波遙感技術(shù)對土壤鹽堿化監(jiān)測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應(yīng)和雷達影像的入射角、極化方式相關(guān)[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監(jiān)測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地面野外考察數(shù)據(jù)，選取內(nèi)蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發(fā)生地區(qū)作為試驗區(qū)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，主要對表征土壤鹽漬化的8種離子與雷達影像輻射亮度值之間的關(guān)系進行分析[3，4]，以便對土壤鹽漬化狀況作大范圍、宏觀的了解。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)是我國具有悠久歷史的一個大型灌區(qū)。由于長期的引黃灌溉和只灌不排，且灌溉面積不斷地擴大，灌排工程不配套等因素導(dǎo)致了灌區(qū)的地下水位迅速上升并超過臨界水位，從而加劇了土壤的鹽漬化。研究區(qū)的地形平坦，西南高于東北，海拔1 007～1 050 m。土壤以鹽漬化淺色草甸土和鹽土為主。陜壩全年日照時數(shù)為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發(fā)量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區(qū)鹽漬地分布區(qū)地勢平坦，地形變化小，在野外選點時，選擇地勢平坦、植被覆蓋少的地方作為采樣點，且采樣點均勻分布在研究區(qū)內(nèi)，在采樣時采用GPS定位技術(shù)，記錄每一點的經(jīng)緯度坐標。

此次采用的數(shù)據(jù)為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，其參數(shù)為：波段C， HH、HV兩種極化方式，分辨率為8 m，圖像的覆蓋范圍為25 km×25 km[5-8]。研究區(qū)的雷達影像圖見圖1。

2 技術(shù)方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內(nèi)蒙古河套地區(qū)進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區(qū)。采取地表0～10 cm的土樣，每個采樣點呈三角形分布共采集3個樣，且每個點位的屬性均一，所以可以把3個采樣點的均值作為最終樣點的屬性值，將野外的采樣點樣品帶回室內(nèi)，在實驗室測定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

對所有采集的土樣風(fēng)干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風(fēng)干土與100 mL去離子水混合，振動、浸泡，使土壤鹽分充分溶解，過濾，取上清液進行土壤鹽分的測定，用EDTA滴定法測定Ca2+和Mg2+；用雙指示劑中和法測定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法測定Cl-；用EDTA間接滴定法測定SO42-，用差減法測定Na+和K+。

在研究區(qū)采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數(shù)（FI）、邊緣保持指數(shù)（ESI）為指標分析了典型地類區(qū)域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結(jié)果表明，研究區(qū)采用增強Frost濾波法較為理想。

為了確定各點的幾何位置需對雷達影像進行精校正。然后將雷達影像上對應(yīng)點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關(guān)聯(lián)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 數(shù)據(jù)的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區(qū)的為36個采樣點，設(shè)xi（i=1，2，…，36）分別代表各采樣點的雷達影像強度值，與含鹽量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩陣。

2.2.2 數(shù)據(jù)的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數(shù)據(jù)作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應(yīng)

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應(yīng)

4 結(jié)論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應(yīng)情況。從研究結(jié)果可知，就同期數(shù)據(jù)結(jié)果表明不同極化方式對離子的響應(yīng)情況不一樣， HH極化的響應(yīng)強度都要高于HV極化的響應(yīng)強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應(yīng)情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應(yīng)最弱，但是和其他離子相差甚小。在12月的HH、HV極化中對CO32-離子的響應(yīng)最弱，且和其他離子相差很大。

在野外采集10月份土壤的時候，部分土地有耕翻的情況，會對結(jié)果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應(yīng)點的像素值，并沒有得到相應(yīng)的定量參數(shù)，會對結(jié)果的精度有微小的影響。但是結(jié)論對進一步研究雷達信號和離子的關(guān)系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數(shù)據(jù)參數(shù)的選取與應(yīng)用研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2012.

[2] 韋建波.RADARSAT-2數(shù)據(jù)在干旱區(qū)鹽漬地信息提取中的應(yīng)用[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2009.

[3] ZHANG F，TIYIP T，DING J L，et al. The effects of the chemical components of soil salinity on electrical conductivity in the region of the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers，China[J]. Agricultural Sciences in China，2009，8（8）：985-993.

[4] 何祺勝，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.星載雷達影像對鹽漬地微觀離子的響應(yīng)研究[J].水土保持通報，2009，29（5）：18-20.

[5] 黎 力，黃家林，閆曉紅.Radarsat-2在重慶土地利用遙感監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]. 地礦測繪，2012，28（3）：7-9.

[6] 何祺勝，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.基于多源數(shù)據(jù)的干旱區(qū)鹽漬地信息提取[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2010，25（2）：210-215.

[7] 塔西甫拉提·特依拜，吐爾遜·艾山，海米提·司馬義，等. 土壤鹽漬化遙感監(jiān)測研究進展綜述[J].新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，25（1）：2-6.

[8] 塔西甫拉提·特依拜，張 飛，趙 睿，等.新疆干旱區(qū)土地鹽漬化信息提取及實證分析[J].土壤通報，2007，38（4）：626-630.

摘要：以內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)為研究對象，選取Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，野外采集土樣，室內(nèi)測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應(yīng)。結(jié)果表明，對離子的響應(yīng)強度HH極化要高于HV極化，同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，12月份的響應(yīng)要高于10月份。

關(guān)鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關(guān)聯(lián)分析法；響應(yīng)

中圖分類號：S127；S151.9+5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤鹽漬化發(fā)生在干旱、半干旱區(qū)，內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)由于長期引黃灌溉和只灌不排導(dǎo)致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務(wù)之急，而傳統(tǒng)的方法局限性大，耗時長，效率低，已經(jīng)不能滿足需要。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，不少學(xué)者用微波遙感技術(shù)對土壤鹽堿化監(jiān)測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應(yīng)和雷達影像的入射角、極化方式相關(guān)[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監(jiān)測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地面野外考察數(shù)據(jù)，選取內(nèi)蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發(fā)生地區(qū)作為試驗區(qū)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，主要對表征土壤鹽漬化的8種離子與雷達影像輻射亮度值之間的關(guān)系進行分析[3，4]，以便對土壤鹽漬化狀況作大范圍、宏觀的了解。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

內(nèi)蒙古陜壩地區(qū)是我國具有悠久歷史的一個大型灌區(qū)。由于長期的引黃灌溉和只灌不排，且灌溉面積不斷地擴大，灌排工程不配套等因素導(dǎo)致了灌區(qū)的地下水位迅速上升并超過臨界水位，從而加劇了土壤的鹽漬化。研究區(qū)的地形平坦，西南高于東北，海拔1 007～1 050 m。土壤以鹽漬化淺色草甸土和鹽土為主。陜壩全年日照時數(shù)為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發(fā)量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區(qū)鹽漬地分布區(qū)地勢平坦，地形變化小，在野外選點時，選擇地勢平坦、植被覆蓋少的地方作為采樣點，且采樣點均勻分布在研究區(qū)內(nèi)，在采樣時采用GPS定位技術(shù)，記錄每一點的經(jīng)緯度坐標。

此次采用的數(shù)據(jù)為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數(shù)據(jù)，其參數(shù)為：波段C， HH、HV兩種極化方式，分辨率為8 m，圖像的覆蓋范圍為25 km×25 km[5-8]。研究區(qū)的雷達影像圖見圖1。

2 技術(shù)方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內(nèi)蒙古河套地區(qū)進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區(qū)。采取地表0～10 cm的土樣，每個采樣點呈三角形分布共采集3個樣，且每個點位的屬性均一，所以可以把3個采樣點的均值作為最終樣點的屬性值，將野外的采樣點樣品帶回室內(nèi)，在實驗室測定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

對所有采集的土樣風(fēng)干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風(fēng)干土與100 mL去離子水混合，振動、浸泡，使土壤鹽分充分溶解，過濾，取上清液進行土壤鹽分的測定，用EDTA滴定法測定Ca2+和Mg2+；用雙指示劑中和法測定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法測定Cl-；用EDTA間接滴定法測定SO42-，用差減法測定Na+和K+。

在研究區(qū)采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數(shù)（FI）、邊緣保持指數(shù)（ESI）為指標分析了典型地類區(qū)域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結(jié)果表明，研究區(qū)采用增強Frost濾波法較為理想。

為了確定各點的幾何位置需對雷達影像進行精校正。然后將雷達影像上對應(yīng)點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關(guān)聯(lián)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 數(shù)據(jù)的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區(qū)的為36個采樣點，設(shè)xi（i=1，2，…，36）分別代表各采樣點的雷達影像強度值，與含鹽量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩陣。

2.2.2 數(shù)據(jù)的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數(shù)據(jù)作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應(yīng)

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應(yīng)

4 結(jié)論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應(yīng)情況。從研究結(jié)果可知，就同期數(shù)據(jù)結(jié)果表明不同極化方式對離子的響應(yīng)情況不一樣， HH極化的響應(yīng)強度都要高于HV極化的響應(yīng)強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應(yīng)情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應(yīng)情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應(yīng)最弱，但是和其他離子相差甚小。在12月的HH、HV極化中對CO32-離子的響應(yīng)最弱，且和其他離子相差很大。

在野外采集10月份土壤的時候，部分土地有耕翻的情況，會對結(jié)果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應(yīng)點的像素值，并沒有得到相應(yīng)的定量參數(shù)，會對結(jié)果的精度有微小的影響。但是結(jié)論對進一步研究雷達信號和離子的關(guān)系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數(shù)據(jù)參數(shù)的選取與應(yīng)用研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2012.

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