本发明公开一种基于像元尺度地表粗糙度谱参数的土壤湿度反演方法，包括如下步骤：构建基于粗糙度谱参数p的vv极化后向散射分量与土壤湿度Mv、组合粗糙度Zs的关系模型Ⅰ；构建基于像元入射角θ的vh极化后向散射分量与土壤湿度Mv、组合粗糙度Zs的关系模型Ⅱ；构建基于vv极化后向散射分量vh极化后向散射分量及像元入射角θ的粗糙度谱参数p的反演模型；将雷达观测的土壤面散射分量及对应的像元入射角θ输入关系模型Ⅰ、关系模型Ⅱ及粗糙度谱参数p的反演模型，反演出像元对应位置的土壤湿度。基于像元尺度的粗糙度谱参数p来进行土壤湿度的反演，充分考虑了粗糙度谱参数p的空间异质性及入射角影响，进而提高了土壤湿度反演模型的精度及适应度。