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Soil moisture retrievals under crops using compact polarimetric surface scattering and vegetation radiative transfer models

Erkaramana, Bhanu Prakash Mookkuthala und Goita, Kalifa und Magagi, Ramata und Fluhrer, Anke und Hellwig, Florian Marcus und Copley, Tanya und Jagdhuber, Thomas (2026) Soil moisture retrievals under crops using compact polarimetric surface scattering and vegetation radiative transfer models. Science of Remote Sensing, 13 (100452). Elsevier. doi: 10.1016/j.srs.2026.100452. ISSN 2666-0172.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666017226000908?via%3Dihub

Kurzfassung

Accurate soil moisture estimation from Synthetic Aperture Radar (SAR) observations under crop growth con­ditions is challenging because of the complexity of extracting the soil contributions from the total backscatter. Compact Polarimetric (CP) SAR with reduced design requirements represents a viable alternative to fully polarimetric SAR but remains underutilized. The study introduces two soil moisture retrieval algorithms using the canopy Water Cloud Model (WCM) and vegetation Single Scattering Radiative Transfer (SSRT) applied to Cband CP data. Both models are calibrated with the CP-Advanced Integral Equation Model (CP-AIEM). The proposed algorithms, i.e., CP-AIEM-WCM and CP-AIEM-SSRT, are applied to RADARSAT Constellation Mission (RCM) CP data acquired over crop fields of AAFC-Lennoxville, Estrie (2022 and 2023) and in the Monteregie (2024), in Quebec (Canada). Soil moisture retrievals from soybean, corn and wheat fields perform better for lower (≤30◦) compared to higher incidence angles (>30◦) in terms of root-mean-square error (RMSE) (0.06–0.08 vs 0.09–0.10 m3/m3) and inversion rate (IR) (70–89 vs 30–60%). Among study crops, corn fields yield estimates with higher accuracy compared to soybean and wheat, with the lowest RMSE (0.06 m3/m3) under low incidence angle observations. Site-specific cross-validation was performed by splitting training and testing datasets to evaluate transferability of the algorithms. We observed that both algorithms perform well with similar RMSE at all incidence angles and crop type cases, with slight reduction (5–20%) in IR under cross-validation, thereby supporting the hypothesis of spatial transferability.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225178/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Soil moisture retrievals under crops using compact polarimetric surface scattering and vegetation radiative transfer models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Erkaramana, Bhanu Prakash MookkuthalaCentre d’applications et de recherches en télédétection (CARTEL), Université de Sherbrooke, Québec, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Goita, KalifaUniversity of SherbrookeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Magagi, RamataUniversity of SherbrookeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313218408656
Hellwig, Florian Marcusflorian.hellwig (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8878-8493218408657
Copley, TanyaCentre de recherche sur les grains (CEROM), Saint-Mathieu-de-Beloeil, Quebec, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Juni 2026
Erschienen in:Science of Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.1016/j.srs.2026.100452
Verlag:Elsevier
ISSN:2666-0172
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Synthetic aperture radar (SAR) Compact polarimetry (CP) Soil moisture Agricultural fields Crops Retrieval algorithms CP-Advanced integral equation model (CPAIEM) Water cloud model (WCM) Vegetation single scattering radiative transfer (SSRT) Validation
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:22 Jun 2026 14:37
Letzte Änderung:22 Jun 2026 14:37

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