Szacowanie wilgotności gleby pod zbożami ze zdjęć radarowych ERS-2.SAR rejestrowanych w paśmie C (VV)

• Autorzy: Gruszczyńska M.

Warianty tytułu

EN

Estimation of soil moisture under cereals on the basis of ERS-2 SAR images recorded in C (VV) band

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono opracowaną przez autorkę metodę szacowania wilgotności gleby pod zbożami z danych radarowych zarejestrowanych przez satelitę ERS-2. Prezentowany artykuł jest fragmentem rozprawy doktorskiej autorki.

EN

Among numerous methods only remote sensing offers a potential means of determining the spatial distribution of soil moisture over large areas within short time and at a reasonable cost. Among various electromagnetic bands available for remote sensing observations from satellite platforms, the microwave region offers the greatest potential in terms of penetration through soil to the depth dependent on spectral band - the longer band, the deeper penetration. Microwaves can penetrate clouds, which is important for regularity of observations. The main physical factors, which affect radar backscatter response, are surface roughness and dielectric properties of target, which closely correspond with the moisture content. The possibility to determine soil moisture using active microwaves draws the attention of scientists since the radar techniques have been open to civilians. It is obvious from the recent studies, that radar backscatering coefficient σo increases with the increase of soil moisture and surface roughness (Ulaby F.T. 1974). For soil moisture determination from radar measurements the effect of surface roughness should be separated from the effect of moisture (soil and vegetation moisture) of the target. It was found that vegetation surface roughness could be expressed by Leaf Area Index (LAI) values. LAI can be measured during field surveys or calculated from images obtained in optical bands of electromagnetic spectrum (Dąbrowska-Zielińska K. 1995). In this article author proposes the assessment of soil moisture for the stable vegetation surface roughness conditions characterised by LAI. and for the stable vegetation moisture conditions characterised by growth stage of crops. The method has been verified using the developed algorithms and ground truth data. The results show that the differences in measured and calculated soil moisture values are not significant and can be accepted in most of agricultural applications. In this article the results obtained for cereals from the study carried out from 1992 to 1997 at the test site in Wielkopolska region are presented.

• Wydawca: Instytut Geodezji i Kartografii
• Czasopismo: Prace Instytutu Geodezji i Kartografii
• Rocznik: 2001
• Tom: T. 48, z. 103
• Strony: 15--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 62 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gruszczyńska M.

Bibliografia

• [1] Attema E.P.W., Ulaby F.T., 1978, Vegetation modeled as a water cloud. Radio Science, Vol. 13, No 2, s. 357–364.
• [2] Beaudoin A., Le Toan T., Gwyn Q.H.J. 1990: SAR observations and modeling of the C-band backscatter variability due to multiscale geometry and soil moisture. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 28, No. 5, s. 886–895.
• [3] Benallegue M., Taconet O., Vidal-Madjar D., Normand M., 1995, The use of radar backscattering signals for measuring soil moisture and surface roughness. Remote Sens. Environ., no. 53, s. 61–68.
• [4] Byrne G.F., Dąbrowska-Zielińska K., Goodrick G.N., 1981, Use of visible and thermal satellite data to monitor an intermittently flooding marshland. Remote Sens. Environ. 11, s. 393–399.
• [5] Cihlar J., Ulaby F.T., 1974, Dielectric properties of soils as a function of moisture content. CRES Technical Report 177–47, Kansas.
• [6] Ciołkosz A., Dąbrowska-Zielińska K., Stankiewicz K, Gruszczyńska M., Zawiła-Niedźwiecki T. 1994, Opracowanie metody interpretacji mikrofalowych zdjęć satelitarnych. Sprawozdanie merytoryczne z realizacji projektu badawczego Nr 2 2150 92 03p/21, Warszawa.
• [7] Cravey R.L., Jackson T.J., Hsu A.Y., 1998, ERS-2 SAR backscattering coefficient and soil moisture for Southern Great Plains, 1997 Hydrology Experiment. Proc. of the Workshop on Retrieval of Bio- and Geo-Physical Parameters from SAR Data for Land Applications, ESTEC, The Netherlands, s. 439-444.
• [8] Dąbrowska-Zielińska K., 1995, Szacowanie ewapotranspiracji, wilgotności gleb i masy zielonej łąk na podstawie zdjęć satelitarnych NOAA. PAN, Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania, Prace Geograficzne Nr 165, Continuo, Wrocław.
• [9] Demircan A., Rombach M., Mauser W., 1992, Extraction of plant – and soil – parameters from multitemporal ERS-1 SLC – data of the Freiburg test site. Proc. of First ERS-1 Symposium, s. 631–635, Cannes, France.
• [10] Dobson M.C., Ulaby F.T., 1978, Microwave backscatter dependence on surface roughness, soil moisture, and soil texture:Part III-Soil tension. IEEE Transactions on Geoscience Electronics, vol. GE-17.
• [11] Dubas A., Gładysiak St., 1997, Szczegółowa uprawa roślin rolniczych. Wyd. Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu.
• [12] Gruszczyńska M., 1992, Pomiary użytków zielonych systemem LAI i ich zastosowanie. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie, 3, s. 114–115.
• [13] Gruszczyńska M., Dąbrowska-Zielińska K., Janowska M., Wielogórska A., 1993, Application of ERS-1 SAR data for hydrological studies. From Optics to Radar, SPOT and ERS Applications, CEPADUES-EDITIONS, France, s. 365-369.
• [14] Gruszczyńska M., 1994, Zastosowanie zdjęć satelitarnych ERS-1 SAR w badaniach rolniczych. Fotointerpretacja w Geografii. Problemy Telegeoinformacji, 24, Warszawa, s. 53–57.
• [15] Gruszczyńska M., 1998a, Zastosowanie zdjęć mikrofalowych z satelitów ERS-1 i ERS-2 do określania wilgotności gleb pod zbożami. Prace IgiK, T. XLV, z. 97, s. 117–136.
• [16] Gruszczyńska M., Dąbrowska-Zielińska K., 1998b, Application of microwave images from European Remote Sensing Satellites (ERS-1/2) for soil moisture estimates. Journal of Water and Land Development, No 2, s. 7–18.
• [17] Gruszczyńska M., 1999, Historia i wykorzystanie zdjęć radarowych. Fotointerpretacja w Geografii, Nr 29 Problemy Telegeoinformacji, PTG, Warszawa, s. 23–33.
• [18] Gruszczyńska M., 2000, Zastosowanie zdjęć mikrofalowych z satelity ERS do szacowania wilgotności gleby pod zbożami. Rozprawa doktorska, IGiK.
• [19] GUS, Departament Rolnictwa i Ochrony Środowiska, 1997a, Wstępny szacunek produkcji głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych. Informacje sygnalne nr 7/97, Warszawa.
• [20] GUS, Departament Rolnictwa i Ochrony Środowiska, 1997b, Przedwynikowy szacunek produkcji głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych w 1997 roku. Informacje sygnalne nr 8, Warszawa.
• [21] GUS, Wyniki produkcji roślinnej 1997, 1998a, Powierzchnia, plony i zbiory roślin uprawnych. Informacje i opracowania statystyczne, Warszawa.
• [22] GUS, Departament Rolnictwa i Ochrony Środowiska, 1998b, Wiosenna ocena stanu upraw rolnych i ogrodniczych w połowie maja 1998 roku. Informacje sygnalne, nr 6/98, Warszawa.
• [23] GUS, Departament Rolnictwa i Ochrony Środowiska, 1998c, Badanie produkcji roślinnej, Przedwynikowy szacunek produkcji głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych. Informacja sygnalna, Warszawa.
• [24] GUS, 1999a, Wyniki produkcji roślinnej w 1998, Informacje i opracowania statystyczne, Warszawa.
• [25] GUS, Departament Rolnictwa i Ochrony Środowiska, 1999b, Badanie produkcji roślinnej: Wstępny szacunek produkcji głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych oraz Przedwynikowy szacunek produkcji głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych, Informacja sygnalna, Warszawa.
• [26] Hallikainen M.T., Ulaby F.T., Dobson M.C., El-Rayes M.A., Wu L., 1985, Microwave dielectric behavior of wet soil – Part 1: Empirical models and experimental observations. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. GE-23, No. 1, s. 25–34.
• [27] Henderson F.M., Lewis A.J. 1998, Principles and Applications of Imaging Radar, Manual of Remote Sensing. Third Edition, volume 2, ed. R.A. Ryerson, John Wiley and Sons, New York.
• [28] Idso S.B., Jackson R.D., 1969, Thermal radiation from the atmosphere. J. Geophys. Res., 74, s. 5397–5403.
• [29] Jackson R.D., 1983, Canopy temperature and crop water stress. Adv. Irrig., 1, s. 43–85.
• [30] Kondracki J., 1978, Geografia fizyczna Polski. Warszawa PWN.
• [31] Kuźnicki F., Białousz St., Skłodowski P., 1979, Podstawy gleboznawstwa z elementami kartografii i ochrony gleb. Warszawa PWN.
• [32] LAI-2000 Plant Canopy Analyzer, 1991, Operating Manual, LI-COR Inc., Lincoln, Nebraska.
• [33] Laur H., 1992, Deriviation of backscattering coefficient o in ERS-1.SAR.PRI products. ESA Bulletin, Issue 1, Rev.0.
• [34] Lo C.P., 1986, Applied remote sensing, Longman Inc., New York.
• [35] Łomnicki A., 1995, Wprowadzenie do statystyki dla przyrodników. Warszawa Wydawnictwo Naukowe PWN.
• [36] Mapa glebowo-rolnicza w skali 1:100 000, IUNG, Puławy, 1989.
• [37] Mocek A., Drzymała St., Maszner P., 1997, Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Poznań Wydawnictwo Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu.
• [38] Moran M.S., Clarke T.R., Inoue Y., Vidal A., 1994, Estimating Crop Water Deficit Using the Relation between Surface-Air Temperature and Spectral Vegetation Index. Remote Sens. Environ., 49, s. 246–263.
• [39] Olędzki J.R., 1993, Rozwój teledetekcji satelitarnej i jej zastosowania w badaniach środowiska geograficznego. Przegląd Geofizyczny T. 38 z. 2 s. 137–150, z. 3–4, s. 223–242.
• [40] Podgórski J., 1995, Statystyka z komputerem. Warszawa Zakład Nauczania Informatyki „MIKOM”.
• [41] Portmann F., Mendel H.G., 1997, Soil moisture estimation in hydrological mesoscale modelling using ERS SAR data. Proc. of the Third ERS Symposium on Space at the service of our Environment, Vol. I, s. 85–88, Florence, Italy.
• [42] Prevot L., Chauki H., Remond A., King C., Wigneron J.P., Chanzy A., Calcagno P., Desprats J.F., 1998, Comparison of ERS and multi-angular RadarSat measurements over agricultural canopies:first results of the Alpilles-ReSeDA campaign. Proc. of the Workshop on Retrieval of Bioand Geo-Physical Parameters from SAR Data for Land Applications, ESTEC, The Netherlands, s. 101–106.
• [43] Rombach M., Mauser W., 1997, Multi-annual analysis of ERS surface soil moisture measurements of different land uses. Proc. of the Third ERS Symposium on Space at the service of our Environment, Vol. I, s. 27–34, Florence, Italy.
• [44] Roszak Wł., 1997, Ogólna uprawa roli i roślin. Warszawa Wydawnictwo Naukowe PWN.
• [45] Roth C.H., Malicki M.A., Plagge R., 1992, Empirical evaluation of the relationship between soil dielectric constant and volumetric water content as the basis for calibrating soil moisture measurements by TDR.. Journal of Soil Science, 43, s. 1–13.
• [46] Schmugge T., 1990, Measurements of Surface Soil Moisture and Temperature. Remote Sensing of Biosphere Functioning, Ecological Studies 79, Editors: Hobbs R.J., Mooney H.A., Springer-Verlag New York Inc.
• [47] Soulis E.D., Rotunno Filho O.C., Kouwen N., Seglenieks F., Pultz T., Crevier Y., 1995, Spatial variability in soil moisture in pasture fields using ERS-1 SAR:implications for distributed rainfal-runoff models. ACTES/Proceedings of the Retrieval of Bio- and Geophysical Parametersfrom SAR data for Land Applications, Toulouse, France, s. 361–364.
• [48] Stankiewicz K., 1998, Metoda przetwarzania mikrofalowych zdjęć satelitarnych terenów o urozmaiconej rzeźbie z wykorzystaniem numerycznego modelu terenu. Prace IGiK T. XLV z. 97 s. 7–80, Warszawa.
• [49] Statgraphic Plus User Manual, 1997, Manugistics Inc.
• [50] Ślusarczyk E., 1978, Wpływ wielkości biomasy na pobieranie wody z gleby. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych z. 205 s. 115–126.
• [51] Ulaby F.T., 1974, Radar Measurement of Soil Moisture Content. IEEE Transactions on Antennas and propagation, vol. AP-22, No. 2.
• [52] Ulaby F.T., Batlivala P.P., 1976a, Optimum radar parameters for mapping soil moisture. IEEE Transactions on Geoscience Electronics, vol. GE-14, No. 2.
• [53] Ulaby F.T., Batlivala P.P., 1976b, Diurnal Variation of Radar Backscatter from Vegetation Canopy. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-24, No. 1, s. 11–17.
• [54] Ulaby F.T., Batlivala P.P., Dobson M.C., 1978a, Microwave backscatter dependence on surface roughness, soil moisture, and soil texture:Part I-Bare soil. IEEE Transactions on Geoscience Electronics, vol. GE-16, No. 4.
• [55] Ulaby F.T., Bradley G.A., Dobson M.C. 1978b, Microwave dependence on surface roughness, soil moisture, and soil texture:Part II-Vegetationcovered soil. IEEE Transactions on Geoscience Electronics, vol. GE-17.
• [56] Ulaby F.T., 1982, Radar Signatures of Terrain: Useful Monitors of Renewable Resources. Proc. of the IEEE, vol. 70, No. 12.
• [57] Ulaby F.T., Moore M.K., Fung A.K., 1986, Microwave Remote Sensing, Active and Passive. Vol. 3, Artech House, Norwood, MA.
• [58] Ulaby F.T., Sarabandi K., McDonald K., Whitt M., Dobson M.C., 1990, Michigan microwave canopy scattering model. International Journal of Remote Sensing, Vol. 11, No 7, s. 1223–1253.
• [59] Ulaby F.T., 1998, SAR biophysical retrievals:lesson learned and challenges to overcome. Proc. of the Workshop on Retrieval of Bio- and Geo-Physical Parameters from SAR Data for Land Applications, ESTEC, The Netherlands, s. 19–25.
• [60] Welles J.M., 1990, Some indirect methods of estimating canopy structure. Remote Sensing Reviews, Vol. 5(1), s. 31–43.
• [61] Wooding M.G., Griffiths G.H., Evans R., Bird P., Kenward D., Keyte G.E., 1992, Temporal monitoring of soil moisture using ERS-1 SAR data. Proc. of First ERS-1 Symposium, s. 641–647, Cannes, France.
• [62] Wooding M.G., Zmuda A.D., Griffiths G.H., 1993, Crop discrimination using multi-temporal ERS-1 SAR data. Proc. of the Second ERS-1 Symposium – Space at the Service of our Environment, s. 51-56, Hamburg, Germany. Recenzował: dr hab. Jan Olędzki.