Radarsat—2影像對鹽漬地微觀離子的響應

郭曉靜+王耀強+馬騰+鄭磊+申小華

摘要：以內蒙古陜壩地區為研究對象，選取Radarsat-2影像數據，野外采集土樣，室內測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關聯分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應。結果表明，對離子的響應強度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情況也不相同，12月份的響應要高于10月份。

關鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關聯分析法；響應

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

土壤鹽漬化發生在干旱、半干旱區，內蒙古陜壩地區由于長期引黃灌溉和只灌不排導致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務之急，而傳統的方法局限性大，耗時長，效率低，已經不能滿足需要。隨著微波技術的發展，不少學者用微波遙感技術對土壤鹽堿化監測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應和雷達影像的入射角、極化方式相關[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數據，結合地面野外考察數據，選取內蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發生地區作為試驗區，采用灰色關聯分析法，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 研究區概況及數據來源

內蒙古陜壩地區是我國具有悠久歷史的一個大型灌區。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致了灌區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。陜壩全年日照時數為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區鹽漬地分布區地勢平坦，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內，在采樣時采用GPS定位技術，記錄每一點的經緯度坐標。

此次采用的數據為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數據，其參數為：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]。研究區的雷達影像圖見圖1。

2 技術方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內蒙古河套地區進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區。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，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干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風干土與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+。

在研究區采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數（FI）、邊緣保持指數（ESI）為指標分析了典型地類區域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結果表明，研究區采用增強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點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關聯，形成基礎數據。

2.2 灰色關聯分析

2.2.1 數據的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區的為36個采樣點，設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 數據的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數據作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應

4 結論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應情況。從研究結果可知，就同期數據結果表明不同極化方式對離子的響應情況不一樣， HH極化的響應強度都要高于HV極化的響應強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應最弱，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，會對結果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應點的像素值，并沒有得到相應的定量參數，會對結果的精度有微小的影響。但是結論對進一步研究雷達信號和離子的關系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數據參數的選取與應用研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2012.

[2] 韋建波.RADARSAT-2數據在干旱區鹽漬地信息提取中的應用[D].烏魯木齊：新疆大學，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測中的應用研究[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.基于多源數據的干旱區鹽漬地信息提取[J].遙感技術與應用，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. 土壤鹽漬化遙感監測研究進展綜述[J].新疆大學學報（自然科學版），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：以內蒙古陜壩地區為研究對象，選取Radarsat-2影像數據，野外采集土樣，室內測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關聯分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應。結果表明，對離子的響應強度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情況也不相同，12月份的響應要高于10月份。

關鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關聯分析法；響應

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

土壤鹽漬化發生在干旱、半干旱區，內蒙古陜壩地區由于長期引黃灌溉和只灌不排導致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務之急，而傳統的方法局限性大，耗時長，效率低，已經不能滿足需要。隨著微波技術的發展，不少學者用微波遙感技術對土壤鹽堿化監測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應和雷達影像的入射角、極化方式相關[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數據，結合地面野外考察數據，選取內蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發生地區作為試驗區，采用灰色關聯分析法，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 研究區概況及數據來源

內蒙古陜壩地區是我國具有悠久歷史的一個大型灌區。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致了灌區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。陜壩全年日照時數為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區鹽漬地分布區地勢平坦，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內，在采樣時采用GPS定位技術，記錄每一點的經緯度坐標。

此次采用的數據為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數據，其參數為：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]。研究區的雷達影像圖見圖1。

2 技術方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內蒙古河套地區進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區。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，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干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風干土與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+。

在研究區采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數（FI）、邊緣保持指數（ESI）為指標分析了典型地類區域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結果表明，研究區采用增強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點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關聯，形成基礎數據。

2.2 灰色關聯分析

2.2.1 數據的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區的為36個采樣點，設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 數據的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數據作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應

4 結論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應情況。從研究結果可知，就同期數據結果表明不同極化方式對離子的響應情況不一樣， HH極化的響應強度都要高于HV極化的響應強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應最弱，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，會對結果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應點的像素值，并沒有得到相應的定量參數，會對結果的精度有微小的影響。但是結論對進一步研究雷達信號和離子的關系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數據參數的選取與應用研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2012.

[2] 韋建波.RADARSAT-2數據在干旱區鹽漬地信息提取中的應用[D].烏魯木齊：新疆大學，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測中的應用研究[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.基于多源數據的干旱區鹽漬地信息提取[J].遙感技術與應用，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. 土壤鹽漬化遙感監測研究進展綜述[J].新疆大學學報（自然科學版），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：以內蒙古陜壩地區為研究對象，選取Radarsat-2影像數據，野外采集土樣，室內測定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色關聯分析法分析了HH極化和HV極化對微觀離子的響應。結果表明，對離子的響應強度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情況也不相同，12月份的響應要高于10月份。

關鍵詞：雷達影像；鹽漬地微觀離子；灰色關聯分析法；響應

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

土壤鹽漬化發生在干旱、半干旱區，內蒙古陜壩地區由于長期引黃灌溉和只灌不排導致鹽漬化加重，解決鹽漬化的問題已成為當務之急，而傳統的方法局限性大，耗時長，效率低，已經不能滿足需要。隨著微波技術的發展，不少學者用微波遙感技術對土壤鹽堿化監測作了探討和研究。研究表明土壤鹽漬化的響應和雷達影像的入射角、極化方式相關[1]，微波具有全天候、全時相的特點，微波C、P波段對監測鹽堿土具有很大的潛力[2]。研究利用Radarsat-2影像數據，結合地面野外考察數據，選取內蒙古陜壩這一鹽漬化普遍發生地區作為試驗區，采用灰色關聯分析法，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 研究區概況及數據來源

內蒙古陜壩地區是我國具有悠久歷史的一個大型灌區。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致了灌區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。陜壩全年日照時數為3 100～3 200 h，年降雨量少，僅為130～250 mm，但年蒸發量卻達到2 000～2 400 mm，濕潤度0.1～0.2，年無霜期為120～150 d。

研究區鹽漬地分布區地勢平坦，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內，在采樣時采用GPS定位技術，記錄每一點的經緯度坐標。

此次采用的數據為2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像數據，其參數為：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]。研究區的雷達影像圖見圖1。

2 技術方法

2.1 測定方法

2012年10月和12月在內蒙古河套地區進行了野外考察。所選取的樣點范圍為整個雷達影像的覆蓋區。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，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干，碾碎，過1 mm篩，取20 g風干土與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+。

在研究區采用不同的濾波方法對雷達影像進行處理，并以平滑指數（FI）、邊緣保持指數（ESI）為指標分析了典型地類區域重度鹽漬地、中度鹽漬地、輕度鹽漬地在不同窗口下的變化情況。結果表明，研究區采用增強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點的亮度值提取出來，與此點位的各種離子含量值相關聯，形成基礎數據。

2.2 灰色關聯分析

2.2.1 數據的準備 分不同時間的土壤剖面進行研究。覆蓋研究區的為36個采樣點，設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 數據的標準化 為消除量綱之間的影響，增強不同量綱因素之間的可比性，對原始數據作均值的變換，均值變換的計算公式為：

3 結果與分析

3.1 10、12月HH極化方式對微觀離子的響應

3.2 10、12月HV極化方式對微觀離子的響應

4 結論

研究了10月和12月兩期雷達影像對土壤0～10cm離子含量的響應情況。從研究結果可知，就同期數據結果表明不同極化方式對離子的響應情況不一樣， HH極化的響應強度都要高于HV極化的響應強度。同種極化方式對不同期土壤離子的響應情況也不相同，且兩種極化方式對12月的響應情況要高于10月。在10月的HH、HV極化中對含鹽量的響應最弱，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，會對結果造成一定的影響，而且研究只對雷達影像提取其對應點的像素值，并沒有得到相應的定量參數，會對結果的精度有微小的影響。但是結論對進一步研究雷達信號和離子的關系有重要意義。

參考文獻：

[1] 魏丹婷.土壤鹽漬化信息提取中雷達數據參數的選取與應用研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2012.

[2] 韋建波.RADARSAT-2數據在干旱區鹽漬地信息提取中的應用[D].烏魯木齊：新疆大學，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測中的應用研究[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.基于多源數據的干旱區鹽漬地信息提取[J].遙感技術與應用，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. 土壤鹽漬化遙感監測研究進展綜述[J].新疆大學學報（自然科學版），2008，25（1）：2-6.

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