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Soil moisture retrieval from Sentinel-1: Lessons learned after more than a decade in orbit

Rahmati, Mehdi und Balenzano, Anna und Bechthold, Michael und Brocca, L. und Fluhrer, Anke und Jagdhuber, Thomas und Karamvasis, Kleanthis und Mengen, David und Reichle, Rolf und Kim, Seung-Bum und Taghizadeh-Mehrjardi, Ruhollah und Walker, Jeffrey und Zhu, Liujun und Montzka, Carsten (2025) Soil moisture retrieval from Sentinel-1: Lessons learned after more than a decade in orbit. Remote Sensing of Environment, 333. Elsevier. doi: 10.1016/j.rse.2025.115146. ISSN 0034-4257.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425725005504

Kurzfassung

Soil moisture is a critical variable for hydrology, agriculture and climate. However, large-scale soil moisture observation remains difficult due to sparse in situ networks and the inability of optical sensors to capture it under cloud cover. Synthetic aperture radar (SAR) missions, e.g., Sentinel-1, yield unique all-weather, day and night observations with a fine spatial and temporal resolution that makes them of interest for development of global soil moisture monitoring. Consequently, this review discusses the application of C-band SAR observations from the Sentinel-1 satellite mission to estimate high-resolution near-surface soil moisture. First, the importance of SAR backscatter monitoring from Sentinel-1 is emphasized. Next, the current state-of-the-art in soil moisture retrieval from Sentinel-1 is presented. Although considerable progress has been made in near-surface soil moisture retrieval, several limitations remain. Factors such as the effects of vegetation and surface roughness on the signal, sensor and scattering model limitations, spatial and temporal constraints, and uncertainties, e.g. in data assimilation, pose challenges to its usage. While Artificial Intelligence (AI)-based retrieval methods have shown promise, their interpretability, dependence on large datasets, vulnerability to data quality, and computational burden have been major challenges. Beyond methods that rely on backscatter, there have been recent works indicating that SAR interferometric observables have the potential to estimate soil moisture, especially in arid and semi-arid regions where these are particularly sensitive to moisture changes. To address these challenges, this paper recommends integrating Sentinel-1 with other satellite mission data for a multi-sensor data integration approach (e.g., Sentinel-2 and Soil Moisture Active Passive - SMAP data), refining physical and semi-empirical models, developing advanced AI techniques able to consider physical principles, and combining with emerging data from other high temporal resolution SAR missions (e.g., NASA-ISRO SAR). The review concludes with identification of key research priorities, including standardization of retrieval frameworks, improved validation efforts on standardized reference sets, and cloud processing for real-time user cases. Overall, the review provides a thorough foundation for understanding, refining, and advancing Sentinel-1 based soil moisture retrieval methods.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218781/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Soil moisture retrieval from Sentinel-1: Lessons learned after more than a decade in orbit
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rahmati, MehdiFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Balenzano, AnnaCNR IREA, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bechthold, MichaelKU LeuvenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brocca, L.luca.brocca (at) irpi.cnr.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313197750626
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Karamvasis, KleanthisNational Technical University of AthensNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mengen, DavidForschungszentrum JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reichle, RolfNASA Goddard Space Flight CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, Seung-BumNASA JPLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Taghizadeh-Mehrjardi, RuhollahUniversity of TübingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walker, JeffreyMonash UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, LiujunMonash UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Montzka, CarstenFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 November 2025
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:333
DOI:10.1016/j.rse.2025.115146
Verlag:Elsevier
ISSN:0034-4257
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Microwave backscatter, SAR, InSAR coherence, AI techniques, Change detection, Data assimilation
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:24 Nov 2025 10:35
Letzte Änderung:24 Nov 2025 10:39

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