Zeitschrift für Fernerkundung und GIS

Abstrakt

Downscaling von Bodenfeuchtemessungen mit einem modernen Mikrowellen-Scanning-Radiometer (AMSR-E) unter Verwendung einer Methode zur exponentiellen Niederschlagsanpassung über mehrere Zeitskalen

Chengmin Hsu, Lynn E. Johnson*, Robert J. Zamora, Timothy Schneider und Robert Cifelli

Die hydrologische Reaktion wird bei allen Auflösungen durch physikalische Prozesse gesteuert. Die genaue Erfassung der physikalischen Prozesse bei hoher Auflösung ist für die Herunterskalierung vieler Satellitenbeobachtungen bei groben Auflösungen unerlässlich. In diesem Artikel wird ein vierdimensionales, prozessrepräsentatives Modell zur Herunterskalierung der Bodenfeuchte entwickelt, um das Bodenfeuchteprodukt des Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS (AMSR-E) mit einer Auflösung von 25 km herunterzuskalieren. Das Modell besteht aus der Berechnung eines Index für die vorausgehende Niederschlagsakkumulation (APA), um räumliche und zeitliche Schwankungen der Bodenfeuchte bei einer Auflösung von 500 m zu erfassen, und der Anwendung eines geografischen Informationssystems (GIS), um physikalische Prozesse zu simulieren, die Bodenfeuchteänderungen in den Wassereinzugsgebieten regulieren können. Der APA-Index, der den vorläufigen Wert der Bodenfeuchte darstellt, wird durch Anwendung einer Exponentialformulierung berechnet, um die Auswirkungen von Infiltration, Bodenverdunstungseffizienz und Vegetationswiderstand auf den Bodenwassergehalt nach Niederschlägen zu synthetisieren. Für die Herunterskalierung werden fünf Tage von AMSR-E-Bodenfeuchtederivaten ausgewählt, die den Beginn des Monsuns und die Dauer des Sturms umfassen. Die Ergebnisse zeigen, dass die räumliche Variation der Bodenfeuchtigkeit in erster Linie durch die Verteilung der Niederschläge und die Bodeneigenschaften gesteuert wird. In der Folge werden relative Bodenfeuchtigkeit, Strahlung und Vegetation für die Steuerung der Landoberflächenflüsse von Bedeutung und beeinflussen somit die Bodenfeuchtigkeitsvariation im Laufe der Zeit. Die herunterskalierten Bodenfeuchtigkeitsdaten (500 m Auflösung) werden mithilfe von In-situ-Bodenfeuchtigkeitsmessungen des Hydrometeorology Testbed (HMT) der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und der Beobachtungsnetze Walnut Gulch Experimental Watershed (WGEW) des Southwest Watershed Research Center (SWRC) des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) ausgewertet. Der mittlere quadratische Fehler (RMSE) zwischen der disaggregierten und der In-situ-Bodenfeuchtigkeit beträgt 0,034 Vol./Vol. mit einer prozentualen Abweichung (PBIAS) von 0,85 %. Der Gesamt-R2-Wert beträgt 0,788.