[Back]


Books and Book Editorships:

W. Wagner:
"Soil Moisture Retrieval from ERS Scatterometer Data";
in series "Geowissenschaftliche Mitteilungen, Heft 49", series editor: K. Kraus; issued by: Studienrichtung Vermessungswesen, Technische Universität Wien; Geowissenschaftliche Mitteilungen, Wien, 1998, ISSN: 1811-8380, 128 pages.



English abstract:
Although soil moisture constitutes only about 0.005 % of the global water resources, it is an important component of the hydrological cycle. It is a limiting factor in agricultural production, puts an important control on ecosystems, influences runoff, affects weather patterns, and is a crucial element in climate change studies. Currently, soil moisture can only be reliably measured on the ground, which is expensive and does not provide a good spatial representation of the soil wetness conditions due to the high variability of soil moisture on a local scale. Remote sensing may resolve these problems since it naturally provides areal measurements and because soil moisture maps of large regions could be produced at relatively low costs. However, the problem is that soil moisture is only one of the many factors that affects the remotely sensed signal.
The objective of this work was to develop a method to retrieve soil moisture from ERS Scatterometer data. The ERS Scatterometer is a C-band radar with a spatial resolution of about 50 km, and has been flown on board of the European Remote Sensing Satellites ERS-1 and ERS-2. It measures the backscattering coefficient that, over land surfaces, is a function of vegetation, surface roughness, soil moisture content, and incidence angle. To estimate soil moisture the other influencing factors need to be accounted for. How this is achieved is described in this thesis.
The retrieved soil wetness values are a relative measure of the moisture content in the remotely sensed soil surface layer which, in C-band, is in general 0.5 - 2 cm deep. In most applications, however, one is interested in the water content in the soil profile, and therefore an algorithm to estimate the profile soil moisture content from ERS Scatterometer and soil data is developed. A validation of the method based on an extensive data set of gravimetric soil moisture measurements from the Ukraine shows that the soil moisture content in the first meter of the soil can be estimated with a r.m.s. error of 4.9 % volumetric units. Soil moisture maps of a number of other regions with diverse climatic conditions (Mali, Iberian Peninsula, Illinois, England and Wales) were produced. A qualitative analysis suggests a good quality of the derived soil moisture maps for a wide range of climate and vegetation types.

German abstract:
Obwohl das im Boden gespeicherte Wasser nur zirka 0.005 % der globalen Wasserressourcen ausmacht, ist es eine wichtige Komponente des hydrologischen Kreislaufes. Der Bodenwassergehalt beeinflulßt das Wettergeschehen, den Wasserabflulß, die landwirtschaftliche Produktion, die Art und Funktionsweise von Ecosystemen, und ist ein kritisches Element in Klimastudien. Derzeit erlauben nur bodengestütze Methoden eine verläßliche Messung der Bodenfeuchte. Sie sind allerdings relativ teuer und sind oft aufgrund der hohen kleinräumigen Variabilitat der Bodenfeuchte nicht repräsentativ für die umliegenden Gebiete. Die Fernerkundung konnte diese Probleme lösen da sie räumliche Messungen liefert, und weil Karten von größeren Gebieten relativ kostengünstig erstellt werden konnten. Das Problem ist allerdings, daß der Bodenwassergehalt nur ein Faktor von vielen ist, der das Fernerkundungssignal beeinflußt.
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode zur Bestimmung des Bodenwassergehaltes basierend auf ERS Scatterometer Daten zu entwickeln. Das ERS Scatterometer ist ein C-Band Radar mit einer räumlichen Auflösung von 50 km, das an Bord der Europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-1 und ERS-2 geflogen wurde und wird. Es mißt den Rückstreukoeffizienten, der über Landflächen von der Vegetation, der Bodenrauhigkeit, der Bodenfeuchte, und dem Einfallswinkel beeinflußt wird. Um den Bodenwassergehalt zu bestimmen, müssen die anderen Einflußgroßen berücksichtigt werden. Wie das erzielt werden kann ist in dieser Dissertation beschrieben.
Die erhaltenen Bodenfeuchtigkeitswerte sind ein relatives Maß des Wassergehaltes in den obersten 0.5-2 cm des Bodens. In den meisten Anwendungen will man allerdings den Wassergehalt im Bodenprofil kennen, und daher wurde eine Methode zur Abschätzung dieser Große anhand von ERS Scatterometer und Bodendaten entwickelt. Eine Validierung der Methode anhand von umfangreichen Bodenfeuchtigkeits-Messungen aus der Ukraine zeigt, daß der Wassergehalt im ersten Meter des Bodens mit einem Fehler von 4.9 % volumetrische Bodenfeuchte bestimmt werden kann. Bodenfeuchtigkeitskarten wurden für eine Anzahl von Gebieten (Mali, Iberische Halbinsel, Illinois, England und Wales) mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen erstellt. Eine qualitative Analyse dieser Karten deutet auf eine gute Qualitat für unterschiedlichste klimatische und vegetative Verhältnisse hin.


Electronic version of the publication:
http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_228871.pdf


Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.