尽管土壤中所含水分仅占全球水资源总量的0.005％，但它却是全球陆地生态系统、水循环和能量循环的重要组成部分，在地球表层与大气之间能量、水分交换中具有十分重要的作用，土壤水分是区域水循环中最活跃的部分，是影响水文过程、生物生态过程、生物地球化学过程的关键变量，是地表水蒸发与渗流，植被蒸腾作用中的重要角色，所以土壤水分是林学、农学、水文学、气象学等研究中的重要参数。因此，快速获取高精度、大范围的地表土壤水分以满足实际应用的需求已经成为亟待解决的问题。　　微波遥感因为具有大面积、长时间、不受天气影响等特点，目前已成为地表土壤水分检测的有效手段之一。主被动微波各具特点，其中被动微波的空间分辨率较低，获取的地表土壤水分无法满足水文气象、生态学等对空间分辨率的要求。主动微波的空间分辨率较高，对地表植被覆盖敏感，但主被动微波对地表土壤水分的敏感性不如被动微波。因此，将主被动微波联合起来获取高精度、高空间分辨率的地表土壤水分已经成为国内外土壤水分反演研究的前沿。2011年6月10日，美国宇航局成功发射了Aquarius/SAC-D卫星，该卫星搭载的主要传感器Aquarius是目前第一台星载L波段主被动联合传感器，主要用于探测全球海洋表面盐度分布，并依此来评估海水盐度和未来天气变化变化之间的关系。Aquarius的主动雷达观测频率为1.26GHz,辐射计工作频率为1.413GHz。卫星飞行高度为657km，升降轨的过境时间分别为当地18:00和06:00。Aquarius有三个主被动联合传感器，分别为内波束，中波束和外波束，三个波束在地面的观测入射角分别为28.7°、37.8°及45.6°，三个波束的地面分辨率分别为76×94km、84×120km和96×156km。为了避免主被动观测尺度不一致，减少空间异质性造成的反演误差，在设计上Aquarius辐射计在0.72秒内完成6次完全观测，而散射计完成4次完全观测。Aquarius除了用于监测海水盐度以外，也可应用于地表土壤水分的观测，其独特的主被动观测数据，也为发展新的主被动联合反演土壤水分算法提供了可能。本博士论文的研究内容主要包括以下几个方面:　　(1)Aquarius土壤水分产品验证:卫星土壤水分产品在得到应用之前需先经过产品验证。本论文中利用地表实测土壤水分及模型模拟的土壤水分产品对Aquarius土壤水分产品进行验证比较，用以分析其在不同的季节、气候类型、植被类型下的精度。　　(2)主被动微波联合反演土壤水分:主被动微波遥感各具优缺点，其中主动微波对植被及地表粗糙度较为敏感，而被动则对地表水分更敏感。本论文基于此提出一种新的主被动微波联合土壤水分反演算法，并将其用于Aquarius卫星主被动微波观测数据以得到Aquarius主被动联合反演土壤水分产品。最后在中国那曲地区用土壤水分网络实测值对本论文中主被动微波联合反演土壤水分结果进行实地验证以分析算法的优缺点。　　(3)土壤水分降尺度研究:被动微波的空间尺度一般较大，而主动微波的空间尺度则往往较小，主被动微波结合进行土壤水分降尺度研究也是目前土壤水分研究的前沿方向。本论文根据模型模拟数据提出一种主被动微波联合土壤水分降尺度方法。