Soil Moisture Estimation from GNSS Multipath at the Field Research Station Marquardt, Germany

Ajeet Kunwar (Erfolgreiche Fertigstellung January 2017)

Bodenfeuchte ist ein wichtiger Parameter im hydrologischen Kreislauf. Bodenfeuchte ist auch ein wichtiger Bestandteil aus einer sozioökonomischen Perspektive. Viele Anwendungen wie landwirtschaftliche, Gesundheit und Wasser-Management-Programme sowie Wasser Katastrophen-Management benötigen die Bestimmung der Bodenfeuchte. Verschiedene Techniken werden verwendet, einschließlich in-situ und Fernerkundung, um diesen Parameter, Bodenfeuchte zu bestimmen. Allerdings bleibt die gewünschte Genauigkeit in den entsprechenden räumlichen und zeitlichen Auflösungen eine große Herausforderung.

In dieser Untersuchung wurden die Mehrwegesignalen von GNSS (Globale Navigationssatellitensysteme) für Bodenfeuchte Bestimmung verwendet. Dafür wurde ein geodätischer Qualitätsempfänger (JAVAD-TR-G3T: 15657) und einer Antenne (Antcom: S67- 1575-86) zur benutzt. Frühere Untersuchungen haben bereits die Fähigkeit dieser Methode für die Untersuchung von Land-oder Meeresoberflächen Eigenschaften v wie Höhe, Rauhigkeit oder dielektrischen Eigenschaften von reflektierenden Oberflächen berichtet. Verschiedene Methoden wurden zur Abschätzung geophysikalischer Parameter wie Ozeantopographie, Meeresoberfläche, Wind, Vegetation, Bodenfeuchte und Schneehöhe angewendet.

Die Ergebnisse der Arbeit zeigen viel versprechende Potential für die Messung der Bodenfeuchte mit einem kommerziellen geodätischen Qualität GNSS-Empfänger und Antennensystem. Diese Technik ist sehr eversprechend für die Erkennung der Dynamik der Boden- und Niederschlagsereignisse. Änderungen oder Verzerrungen von Landoberfläch-eneigenschaften auch bei übermäßigen Niederschlag und gefrierenden Bodentemperaturen sind mit dieser Technik zu detektieren. Die aus dieser Technik gemessene Bodenfeuchte hängt von der Oberflächenrauhigkeit ab und ergibt immer höhere Ergebnisse als TDR. Dieser Unterschied besteht darin, dass TDR-Messung eine Punktmessung ist und GNSS eine Flächenmessung. Die Ergebnisse sind auch von der Geometrie abhängig. Die Analyse zeigteine hohe Korrelation (mehr als 0,79) zwischen TDR (bei unterschiedlicher Tiefe: 1, 3, 5,9 und 11 cm) und GNSS Multipath geschätzte Bodenfeuchte. Diese Technik könnte für viele umweltorientierte Missionen wie SMOS, SMAP und andere zukünftige Erdbeobachtung Missionen eine hervorragende Ergänzung liefern.