空间土壤湿度概念

土壤湿度又称为土壤含水量，有多种表示法，如土壤质量含水量、土壤容积含水量、土壤相对含水量、土壤有效含水量、土壤水吸力和土壤水势。然而这些参数只表示某一点的土壤含水量。由于土壤含水量的空间变异和时间变化，不同地点、不同深度、不同时间和不同日期的土壤含水量不同。表层土壤含水量空间变异较大，像元内土壤湿度变异系数平均值高达16%和19%。土壤处于不同的干燥过程中，如何定义具有代表性的土壤水分含量，决定着地表模型中表面能量平衡的精度。在目前的土地表面模型中，土壤湿度参数的评价说明土壤含水量在这些模型中具有一定的象征性。代表土壤含水量特定值的土壤湿度参数可能对应于多种实际情况，因为土壤湿度剖面存在多种梯度，所以表面、下层和平均值之间可能存在较大差异。土壤主要为表层蒸发，受表层土壤湿度的限制；植被蒸腾依靠植被分布、根层深度、根层含水量。在土壤迅速干燥的过程中，土壤剖面在近表层呈垂直梯度，下层梯度较缓，快速干燥造成表层与下层土壤含水量的差异；由于土壤特性的空间变异，造成表层干燥过程空间分布不均一：表层含水量与温度可能高度相关，但下层含水量与表层温度相关性可能很差。当一个区域普降暴雨，由于这种空间不均一性，有的地方表层干燥快，垂直梯度大，有些地方表层（<2cm）干燥慢，垂直梯度小，这时土壤表层含水量差异很大。由于表层含水量占整层（>20cm）含水量的比例很小，尽管表层含水量差异很大，而整层含水量却很接近。根据表层能量平衡模拟，遥感表面温度对根层土壤含水量是不敏感的，裸土温度仅反映表层或2cm土层土壤湿度。当利用T/NDVI斜率来估测土壤湿度时，要求NDVI有一定范围（裸土到冠层），裸土温度高，冠层温度低，其温度差或T/NDVI斜率表示土壤湿度。该土壤湿度表示包括裸土与冠层下土壤的综合土壤湿度。在NDVI/T梯形的干边上，土壤有效水分含量等于零。对于裸土，表面温度反映表层土壤湿度；而对于冠层，表面温度反映根层土壤湿度。因此，干边对应的土壤有效水分含量代表平均值。遥感图像像元小则数十平方米，大则数平方千米，而表示土壤湿度的T/NDVI斜率来源于10×10像元，能量平衡模型中的平均土壤湿度甚至代表区域、流域。因此，提出了空间土壤湿度的概念，而在遥感领域如何定义、确定和验证空间土壤湿度尚有待进一步研究。