【遥感应用】帮助卫星提高数据精度

2016年6月14日

分布式温度传感系统正安装在拖拉机后面的犁剪切设备上。研究生们在拖拉机后面检查设备插入土壤沟槽情况。

图片提供：M. H. Cosh

更大图片，请见：http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/117248.php

　　当你阅读这一段落时，美国国家航空航天局（NASA）的一颗卫星正在轨获取包括土壤湿度在内的卫星数据。土壤湿度就像地球的一个温度计。土壤湿度影响农业生产的同时，也对天气和气候产生很大影响。它对地球的影响是如此重要，NASA已经将1颗土壤湿度观测卫星送入太空。

　　当被地球吸收的时候，阳光可以为土壤湿度做两件事：可以蒸发土壤内水分；如果没有水分，可以温暖土壤表层。这会影响空气湿度和土壤正吸收的热量，从而，改变空气形态、天气和气候。

　　美国马里兰州贝茨维尔农业研究服务中心水文与遥感实验室Michael Cosh表示，由于影响如此之大，对土壤湿度进行测量成为研究人员的首要任务之一。土壤湿度影响着作物、天气、洪水、人类健康，甚至决定着农民的耕作时间。

　　土壤湿度是洪水风险的一个重要组成部分。如果水落到干燥土壤上，它可以被吸收。但是，如果水落到水分饱和的土壤上，它成为径流并引发洪水。土壤湿度一直以来是农业工作最重要的事情。Cosh表示，听说过植物生长可以没有土壤，但从没听说过植物生长不需要水分。土壤湿度对农民来说非常关键。作为一个从农场长大的研究人员，能够帮助农民“更容易的工作”，是非常有意义的。

　　问题是现在存在很多不同的方法、仪器和传感器，可以用来对土壤湿度进行测量，包括NASA土壤湿度主被动探测卫星（SMAP）。Cosh的任务是确保信息准确。

　　SMAP卫星起初计划以主动和被动方式工作。被动式传感器就像1个相机，获取地表数据。主动式传感器发送雷达脉冲并收集返回数据。很遗憾，主动式传感器于2015年7月7日停止运行。但是，SMAP任务继续使用被动式传感器继续开展工作。

　　显而易见，卫星不能直接从太空测量土壤湿度，但SMAP获取的信号与地表湿度条件紧密相关。Cosh提出，卫星在对地面特性进行实际测量后，可以用复杂计算进行土壤湿度估算，会存在一些误差。Cosh团队希望帮助NASA减小这些误差。研究人员将地面湿度实测结果与SMAP卫星数据进行比较。

　　通过使用大量地面观测仪器，Cosh和他的合作团队帮助NASA确定卫星数据精度。同时，研究人员确保他们在地面应用的方法和仪器测量结果具有可比性。

　　Cosh解释，团队测试不同的仪器，必须将估测数据与实际观测到的土壤湿度的“真实”数据进行比较。获得这种“真实”数据在概念上很简单，但实际上很困难。需要将从地面中挖出的土壤样品进行称重，放在烤箱里加热蒸发水分，并再次进行称重。

　　两次重量的差异值表明土壤水分的蒸发量。使用仪器来测量土壤水分容易得多，但这必须密切反映真实的测量值，这就是Cosh团队正在努力测试的事情。

　　Cosh表明，土壤湿度观测领域正努力建立仪器安装和数据获取工作指南，研究人员正在讨论建设一个国家土壤湿度数据库项目。希望所有研究人员讨论的问题是一致的。

　　使用卫星获取土壤湿度数据引出一个问题：研究人员是否可以在其他行星测量土壤湿度？虽然Cosh表示目前没有计划，但是地球观测信息可以帮助NASA探索其他行星。Cosh提出，如果目标定位于另一星球，研究人员会利用地球实验中积累的知识帮助解释另一个星球上的发生的情况。

　　原文题目：Helping satellites be right as rain

　　资料来源：http://ftp.sciencecodex.com/helping_satellites_be_right_as_rain-183960

　　（王化编译,殷永元审核）