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Soil moisture profile estimation by combining P-band SAR polarimetry with hydrological and multi-layer scattering models

Fluhrer, Anke und Jagdhuber, Thomas und Montzka, Carsten und Schumacher, Maike und Alemohammad, Hamed und Tabatabaeenejad, Alireza und Kunstmann, Harald und Entekhabi, Dara (2024) Soil moisture profile estimation by combining P-band SAR polarimetry with hydrological and multi-layer scattering models. Remote Sensing of Environment, 305 (114067). Elsevier. doi: 10.1016/j.rse.2024.114067. ISSN 0034-4257.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
10MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425724000786

Kurzfassung

An approach for estimating vertically continuous soil moisture profiles under varying vegetation covers by combining remote sensing with soil (hydrological) modeling is proposed. The approach uses decomposed soil scattering components, after the removal of the vegetation scattering components from fully polarimetric P-band SAR observations. By comparing these with hydrological simulations, soil moisture profiles from the soil surface until a soil depth of 30 cm (assumed average P-band penetration depth) are estimated. Here, the hydrological model HYDRUS-1D, as a representative of any soil hydrological model, is employed to simulate an ensemble of realistic soil moisture profiles, which are used for a multi-layer soil scattering model to obtain forward modeled soil scattering components. Compared to the decomposed SAR-based soil scattering components, the most appropriate soil moisture profile from the ensemble is estimated. The approach is able to provide physically (hydraulic) more meaningful soil moisture profile shapes than currently existing profile estimation approaches, like polynomial fitting to few measurements at discrete soil depths. Results are presented across eight in situ measuring stations in the U.S. within six test sites of NASA’s Airborne Microwave Observatory of Subcanopy and Subsurface (AirMOSS) mission between 2013 and 2015. In-depth analyzes and validations with in situ measured soil moisture information demonstrate the feasibility of the proposed approach. Overall, estimated soil moisture profiles at the different sites match the varying local climate, vegetation cover, and soil conditions. Coefficients of determination between estimated and in situ measured soil moisture values vary between 0.48 and 0.92, while unbiased errors range from 1.4 vol% to 3.7 vol%, and Fr´echet distances (analyzing the similarity of profile shapes) vary between 0.1 and 0.2 [− ].

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203097/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Soil moisture profile estimation by combining P-band SAR polarimetry with hydrological and multi-layer scattering models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313154934258
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Montzka, CarstenForschungszentrum JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schumacher, MaikeUniversity of Aalborg, Department of Planning, Rendsburggade 14, 9000 Aalborg, DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alemohammad, HamedCenter for Geospatial Analytics, Clark University, 950 Main Street Worcester, MA 01610, USANICHT 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:5 März 2024
Erschienen in:Remote Sensing of Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:305
DOI:10.1016/j.rse.2024.114067
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Elsevier Remote Sensing of Environment
ISSN:0034-4257
Status:veröffentlicht
Stichwörter:AirMOSS Hybrid polarimetric decomposition HYDRUS-1D Remote sensing
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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:08 Mär 2024 08:38
Letzte Änderung:08 Mär 2024 08:38

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