随着哨兵1号（Sentinel-1A/B）以及我国高分三号等卫星的发射和运行，合成孔径雷达（SAR）数据凭借其高空间分辨率特性、时效性、覆盖性和开放性等都为获取高分辨率土壤水分提供了契机。然而微波理论散射模型的标定与应用目前大多在站点尺度开展，如何将其应用于区域尺度从而获取区域尺度的模型参数是实现高精度模拟卫星观测的关键，同时如何综合利用半经验模型的高效计算性能以及理论模型的物理机制，是实现区域尺度高分辨率土壤水分反演面临的关键问题。
针对以上问题，我院白晓静副教授及其合作者选取位于青藏高原东北缘的玛曲土壤温湿度观测网开展研究，提出了基于Sentinel-1A卫星观测的区域尺度微波散射理论模型和半经验模型的标定方法，首先发展了基于Sentinel-1A的区域尺度理论散射模型的有效标定方法，其次基于标定的理论散射模型、合理的植被和土壤散射贡献假设发展了区域尺度半经验水云模型系数的有效获取方法，最终实现了卫星观测、植被和土壤散射贡献在区域尺度上的准确模拟。
研究结果表明：（1）基于区域尺度和站点尺度标定的Tor Vergata模型参数的概率直方图的分布特征非常相近，且两种标定方式的散射模型均可以准确模拟Sentinel-1A卫星观测、植被和土壤散射贡献以及植被透过率（图1），这表明经过优化的理论模型参数在下垫面相似区域在时间上和空间上均具有较好的可迁移性；（2）传统的基于卫星观测标定的水云模型不能准确模拟植被和土壤散射贡献，而本文基于区域尺度标定的理论模型模拟的植被散射贡献和植被透过率约束的水云模型，以及基于合理植被散射贡献假设得到的水云模型则能实现植被和土壤散射贡献的较好模拟（图2）。本文基于理论散射模型约束的半经验水云模型在保持理论模型物理机制的同时提高了计算效率，这为区域尺度高分辨率土壤水分反演提供了新思路。
该论文第一单位是南京信息工程大学和水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室，白晓静副教授为第一作者。该研究获得国家重点研发计划（2021YFB3900104）、国家自然科学基金（42171339、41971317）的联合资助。
论文信息：
Xiaojing Bai, Donghai Zheng*, Xiangzhuo Liu, Lei Fan, Jiangyuan Zeng, and Xin Li, “Simulation of Sentinel-1A observations and constraint of water cloud model at the regional scale using a discrete scattering model”, Remote Sensing of Environment, 2022, 283, 113308. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S003442572200414X
图1. Sentinel-1A卫星观测（升轨时刻）与Tor Vergata模型模拟结果的对比图，其中Sim1和Sim分别表示站点尺度和区域尺度模拟结果
图2. Sentinel-1A卫星观测（升轨时刻）与水云模型模拟结果的对比图，其中Con1、Con2和Con3分别表示基于理论模型约束、传统卫星观测和合理植被散射假设得到的水云模型的模拟结果
