A summary of experimental results to assess the contribution of SAR for mapping vegetation biomass and soil moisture

Abstract

This paper is an overview of the most recent results obtained by Italian groups involved in the spaceborne imaging radar-C,X-band synthetic aperture radar (SIR-C/X-SAR) hydrological experiment, by using multi-frequency and multi-polarization synthetic aperture radar (SAR) data measured by JPL/AIRSAR, SIR-C, EMISAR, ERS-1, and JERS-1 sensors. The sensitivity of backscattering coefficients to some geophysical parameters that play a significant role in hydrological processes, such as vegetation biomass, soil moisture, and surface roughness, is discussed. Experimental results show that P band appears to be suitable for the monitoring of forest biomass, whereas L band is mainly sensitive to the biomass of wide-leaf crops and C band to narrow-leaf crops. Moreover, the L-band sensor gives the highest contribution in estimating soil moisture and surface roughness. The sensitivity of backscatter to soil moisture and surface roughness for individual agricultural fields is rather low, since both parameters affect the radar signal. However, by observing data collected at different dates and averaged over a relatively wide agricultural area, the correlation with soil moisture becomes considerable, since the effects of spatial roughness variations are smoothed. Retrievals of both soil moisture and surface roughness were performed using a semi-empirical model.

Cet article fait le bilan des résultats les plus récents obtenus par les groupes italiens impliqués dans l'expérience hydrologique SIR-C/X-SAR basée sur l'utilisation de données RSO multi-fréquences et multi-polarisations acquises par les capteurs JPL/AIRSAR, SIR-C, EMISAR, ERS-1 et JERS-1. La sensibilité des coefficients de rétrodiffusion à certains paramètres géophysiques jouant un rôle significatif dans les processus hydrologiques, comme la biomasse végétale, l'humidité du sol et la rugosité, est discutée. Les résultats expérimentaux montrent que la bande P semble appropriée pour le suivi de la biomasse forestière, alors que la bande L est plutôt sensible à la biomasse des cultures à feuille large et la bande C aux cultures à feuille étroite. Par ailleurs, la performance du capteur en bande L s'avère supérieure dans l'estimation de l'humidité du sol et de la rugosité de surface. La sensibilité de la rétrodiffusion à l'humidité du sol et à la rugosité de surface dans le cas des champs agricoles individuels est plutôt faible étant donné que ces deux paramètres affectent le signal radar. Toutefois, en observant les données acquises à différentes dates et moyennées par rapport à une zone agricole plus étendue, la corrélation avec l'humidité du sol devient considérable puisque les effets des variations spatiales de la rugosité sont lissés. Enfin, l'extraction de l'humidité du sol et de la rugosité de surface a été accomplie à l'aide d'un modèle semi-empirique.[Traduit par la Rédaction]