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Soil Moisture Profile Estimation by Combining P-band SAR Polarimetry with Soil Hydrological Modeling

Fluhrer, Anke und Jagdhuber, Thomas und Montzka, C. und Schumacher, Maike und Alemohammad, Hamed und Tabatabaeenejad, Alireza und Kunstmann, Harald und Entekhabi, Dara (2022) Soil Moisture Profile Estimation by Combining P-band SAR Polarimetry with Soil Hydrological Modeling. In: American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting. AGU Fall Meeting, 2022-12-12 - 2022-12-16, Chicago, USA.

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Kurzfassung

Soil moisture is a key hydrological variable with great influence on various processes of land-atmosphere interactions, like infiltration or subsurface flow [1]. Depending on the frequency, microwave remote sensing can be used to estimate soil moisture near the surface (~0-5 cm, L-band) [2] or at deeper layers (~20-30 cm, P-band) [3]. However, typical soil moisture retrieval methods can only provide one value within the vertical integral from the land surface to the penetration depth of the microwaves. However, since radar backscatter is able to provide information about soil moisture discontinuities, an advanced method is needed to acquire evidence about the moisture distribution across the vertical soil column. The knowledge about the continuous soil moisture profile is important for many environmental applications, like land surface modeling or weather and climate monitoring [4]. Thus, a joint approach of remote sensing and hydrological modeling is proposed to estimate soil moisture profiles. First, the hybrid decomposition method of [3] is used to separate polarimetric P-band SAR observations from the AirMOSS campaign [5] into the individual scattering mechanisms (soil, dihedral, vegetation). That way the polarimetric scattering angle α_s^Data is estimated from the soil scattering component. Second, soil moisture profiles are simulated with the HYDRUS-1D, which models water flow in variably saturated, layered media by numerically solving the Richard’s equation [6]. In this study, an ensemble of soil moisture profiles with varying assumptions on, e.g. the number of soil layers or the initial soil matrix potential, are simulated. Every profile is then used to estimate the backscatter coefficient σ_PQ^o using the multi-layer small perturbation method, which models the backscattering from multiple soil layers with depth [7]. Based on modeled σ_PQ^o, the soil scattering angle α_s^Model [8] is calculated for every simulated profile. Lastly, the soil moisture profile is estimated from the best fit between observed α_s^Data and simulated α_s^Model, leading to the most representative continuous soil moisture profile. First profile estimates are conducted at single locations within three AirMOSS sites (Walnut Gulch, AZ, MOISST, OK, and Harvard Forest, MA) and correlate with precipitation events. An in-depth validation with in situ measured soil moisture is currently underway.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/189361/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Soil Moisture Profile Estimation by Combining P-band SAR Polarimetry with Soil Hydrological Modeling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313NICHT SPEZIFIZIERT
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Montzka, C.Forschungszentrum JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schumacher, MaikeUniversity of Aalborg, Department of Planning, Rendsburggade 14, 9000 Aalborg, DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alemohammad, HamedRadiant Earth FoundationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tabatabaeenejad, AlirezaThe Aerospace CorporationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kunstmann, HaraldKIT Institute for Meteorology and Climate Research, Atmospheric Environmental ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Entekhabi, DaraMITNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2022
Erschienen in:American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:AirMOSS, Hydrus-1D, climate modeling
Veranstaltungstitel:AGU Fall Meeting
Veranstaltungsort:Chicago, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 Dezember 2022
Veranstaltungsende:16 Dezember 2022
Veranstalter :AGU
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Sicherheitsrelevante Erdbeobachtung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme > Aufklärung und Sicherheit
Hinterlegt von: Fluhrer, Anke
Hinterlegt am:27 Okt 2022 09:51
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:50

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