Evaluation of empirical and semi-empirical backscattering models for surface soil moisture estimation

Abstract

Several empirical and semi-empirical backscattering models have been proposed to offer alternative expressions for the inversion of surface parameters from radar data, but the applicability and adequacy of the models for different surface conditions and sensor configurations have not been clearly assessed. A number of empirical and semi-empirical models are studied in this paper to assess the applicability of the models for different conditions that are often found over agricultural areas. The performance of the models is evaluated first analytically by comparing their simulations with those obtained using the theoretical integral equation model (IEM) and geometrical optics model (GOM). The model estimations are then compared with RADARSAT-1 observations acquired over an experimental catchment. The results show very different model behaviour depending on the surfaces roughness conditions and incidence angle. This study highlights the importance of carefully selecting the backscattering model to be used in radar applications.

Plusieurs modèles empiriques et semi-empiriques de rétrodiffusion ont été proposés pour offrir des expressions alternatives à l'inversion des paramètres de surface à partir des données radar. Cependant, l'applicabilité et la pertinence des modèles aux différentes conditions de surface et configurations de capteurs n'ont pas été évaluées de façon satisfaisante. Dans cet article, nous étudions un nombre de modèles empiriques et semi-empiriques en vue d'évaluer leur applicabilité aux diverses conditions souvent observées en milieu agricole. La performance des modèles est évaluée tout d'abord de façon analytique, c'est-à-dire en comparant leurs simulations avec celles obtenues avec les modèles théoriques IEM (« integral equation model ») et GOM (« geometrical optics model »). Ensuite, les estimations des modèles sont comparées avec des observations RADARSAT-1 acquises au-dessus d'un bassin versant expérimental. Les résultats montrent un comportement très différent des modèles selon les conditions de rugosité de surface et l'angle d'incidence. Cette étude souligne l'importance de bien sélectionner le modèle de rétrodiffusion à utiliser dans les applications radar.[Traduit par la Rédaction]