土壤水分和地表粗糙度作为反映地表状况的重要参数,在水文学、气象学、农学等领域具有重要作用。在以往的研究中,光学遥感是对土壤水分和地表粗糙度等参数进行研究的主要手段,虽然取得了丰硕的成果,但是由于光学遥感受数据采集等条件的限制,其应用仍然具有一定的局限性。近几十年来,随着遥感技术,特别是雷达遥感技术在理论和应用上的快速发展,极化SAR(PolSAR)系统逐渐兴起与成熟,因其全天时、全天候、特性明显、具有一定穿透性等优点,极化雷达影像已引起了遥感界的极大兴趣。居延泽地区作为我国干旱-半干旱区的一个典型区域,在研究全球气候变化以及环境演变中都极具典型性和代表性。本文运用RADARSAT-2 PolSAR数据,首先,用AIEM(Advance Integral Equation Model)模型和Oh2004模型对居延泽地区土壤水分和地表粗糙度进行反演;其次,用极化强度和相位处理以及极化分解技术提取了熵、反熵、α角、ERD(Eigenvalue Relative Difference)、RVI(Radar Vegetation Index)等共16个极化参数,采用线性和非线性拟合的方法分析了单极化参数、多极化参数和组合极化参数与土壤水分和地表粗糙度之间的响应关系;最后,探究了C波段PolSAR数据在干旱区地表参数估算中的应用潜力。主要结论如下:(1)AIEM模型和Oh2004模型反演地表参数的结果与实测结果之间具有较好的相关性,经验证,AIEM模型反演土壤水分的相关系数为0.880,AIEM模型反演均方根高度S和相关长度L的相关系数分别为0.551和0.670,Oh2004模型反演均方根高度S的相关系数为0.628,表明采用上述模型反演地表参数在研究区具有较高的精度。(2)极化参数与土壤水分的相关性分析结果表明,单极化参数与土壤水分之间的相关性较低,其中,反熵与土壤水分之间的相关系数最高为0.287,SERD与土壤水分之间的相关系数最低为0.023;但使用非线性拟合方法时相关系数有所增加,熵和SERD与土壤水分之间的相关系数分别为0.348和0.401;多极化参数与土壤水分进行线性拟合时,随着极化参数个数的增加,极化参数与土壤水分之间的相关性越来越高,RMSE和MAE逐渐减小,土壤水分与极化参数之间的相关系数最高为0.680;非线性拟合时,土壤水分与多极化参数的相关性也有所提升,相关系数最高为0.501;组合极化参数与土壤水分和地表粗糙度之间的相关性并不理想,相关系数最高为0.269。(3)极化参数与地表粗糙度的相关性分析结果表明,单极化参数与地表粗糙度之间的相关性较低,相关系数均小于0.30;但使用非线性拟合方法时相关系数有所增加,其中,熵与均方根高度S之间的相关系数从0.269升高到0.298,与相关长度L之间的相关系数从0.154升高到0.235;多极化参数与地表粗糙度进行线性拟合时,随着极化参数个数的增加,极化参数与地表粗糙度之间的相关性逐渐升高,RMSE和MAE逐渐减小,S和L与极化参数之间的相关系数最高为0.655和0.560;非线性拟合时,S和L与多极化参数的相关性提升明显,最高分别能达到0.767和0.674;组合极化参数与土壤水分和地表粗糙度之间的相关性并不理想,相关系数最高为0.263。(4)综合单参数、多参数和组合极化参数的分析结果,我们认为,极化参数与地表参数之间可能存在着一定的相关关系,非线性拟合方法虽然可以在一定程度上提高极化参数与地表参数之间的相关性,然而,目前的结果尚没有达到能够仅利用极化参数反演地表参数的精度。将极化参数运用到地表参数的反演中,充分挖掘全极化雷达数据的潜力,探索极化参数与地表参数之间更深入的定量关系,是今后需要深入开展的工作。