完成灤河流域天空地遙感聯(lián)合試驗 中國遙感技術(shù)進入三維定量時代

中新網(wǎng)北京7月30日電 (記者 孫自法)中國20家單位最近合作完成天空地多尺度遙感聯(lián)合試驗，在一個月的時間內(nèi)成功獲取天—空—地一體化的多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航空遙感數(shù)據(jù)和地面配套數(shù)據(jù)，標志著中國遙感技術(shù)進入三維定量時代。

中國科學院國家空間科學中心7月30日向媒體發(fā)布消息說，為研究復雜流域系統(tǒng)中土壤—植被多要素、多維度、多過程的遙感機理與方法，該中心牽頭的“十四五”國家重點研發(fā)計劃“地球觀測與導航”重點專項“面向國產(chǎn)衛(wèi)星的土壤—植被—冰雪三維遙感機理建模與定量反演技術(shù)”項目，聯(lián)合中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院(空天院)遙感與數(shù)字地球重點實驗室承擔的國家自然科學基金重大項目“陸地水循環(huán)關(guān)鍵參量時空多尺度智慧化遙感”課題，近期在灤河流域的塞罕壩機械林場、御道口牧場等地聯(lián)合開展“灤河流域天空地多尺度遙感聯(lián)合試驗”。

聯(lián)合試驗由“灤河流域植被與土壤的三維遙感試驗”“灤河流域植被與土壤的水分遙感試驗”兩部分組成，前者主要聚焦生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估中涉及的植被與土壤的三維結(jié)構(gòu)和分布特征，發(fā)展和檢驗三維遙感機理建模以及植被分層葉面積、地上生物量、土壤有機質(zhì)和質(zhì)地等參數(shù)的國產(chǎn)衛(wèi)星協(xié)同反演技術(shù)，由國家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院組織統(tǒng)籌；后者主要聚焦土壤—植被系統(tǒng)的水分和能量傳輸遙感機理，發(fā)展和檢驗分層土壤溫濕度、葉片溫濕度、植被水勢、蒸散發(fā)等參量的反演方法，由中國科學院空天院組織統(tǒng)籌。

航空觀測包括有人機和無人機兩部分，其中有人機觀測基于中國科學院空天院新舟60遙感飛機，搭載三頻段(Ku/K/Ka)全極化掃描微波輻射計、三頻段(L/S/C)多角度一維綜合孔徑成像微波輻射計以及機載激光掃描儀系統(tǒng)、全譜段高光譜成像儀共4種航空載荷進行中尺度同步觀測；無人機觀測則覆蓋L波段被動微波輻射計、熱紅外成像儀、多光譜相機、激光雷達等多種手段進行小尺度協(xié)同觀測。

地面觀測包括地面同步采樣、地面調(diào)查采樣、固定觀測試驗三部分，其中，地面同步采樣按照樣區(qū)(500×500米)—樣方(30×30米)—樣點分級采樣方案，針對試驗區(qū)的典型森林、農(nóng)田、草地、裸地等地物，開展土壤溫濕度、地表溫度、植被水分等參量的飛行同步測量，覆蓋樣區(qū)40塊、樣點360個，共計實地測量8次，采集土壤樣本400余份，植被樣本1000余份；地面調(diào)查采樣涉及激光雷達掃描樣方60余個，土壤質(zhì)地與有機質(zhì)樣本400余份，地表粗糙度300余次、植被水勢400余次，植被光譜測量15000余次；固定觀測試驗涵蓋地基微波輻射觀測試驗、植被和土壤溫度觀測試驗、分層土壤溫濕度密集觀測試驗等內(nèi)容。

本次聯(lián)合試驗由中國科學院國家空間科學中心微波遙感技術(shù)重點實驗室副主任雷洋研究員擔任總指揮，中國科學院國家空間科學中心施建成研究員、中國科學院空天院賈立研究員、中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所李增元研究員、南京大學肖鵬峰教授等專家組成科學指導委員會。

施建成介紹說，遙感技術(shù)作為地球系統(tǒng)科學中不可或缺的工具，通過獲取地球表面信息，為環(huán)境監(jiān)測、資源管理、災害預警等提供重要支持。然而，傳統(tǒng)遙感技術(shù)主要集中在地物的二維空間特征和時空變化分析上，對于復雜的生態(tài)系統(tǒng)中土壤和植被的三維結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化的精確描述能力有限。此次聯(lián)合試驗的目的就在于突破傳統(tǒng)遙感在二維空間觀測的限制，實現(xiàn)對土壤、植被等生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的三維定量反演，為觀測和理解復雜生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)過程提供新的方法和數(shù)據(jù)支持。

雷洋指出，土壤和植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤的物理和化學性質(zhì)往往隨深度變化而不同，這種三維分布特征對于水循環(huán)、碳儲存等過程至關(guān)重要。植被的三維結(jié)構(gòu)更為復雜，從森林的林冠到灌木的分支，再到草地的地面覆蓋，不同層次的葉面積、生物量等物理屬性存在顯著差異，每一層的結(jié)構(gòu)和功能都對生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、碳循環(huán)等產(chǎn)生重要影響，而此前，遙感技術(shù)尚未有效解決如此復雜的三維信息提取和定量分析問題。

聯(lián)合試驗團隊表示，本次聯(lián)合試驗成果，將為分層土壤和復雜植被的三維遙感建模、土壤理化屬性的精準反演、分層土壤溫濕度的協(xié)同反演、植被溫濕度的創(chuàng)新反演、分層葉面積指數(shù)的聯(lián)合反演、地上生物量的三維探測提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)支撐，同時服務多源國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)協(xié)同處理、植被和土壤三維遙感機理建模和定量反演、天空地一體化遙感產(chǎn)品真實性檢驗，為眾多國產(chǎn)衛(wèi)星的新型載荷觀測數(shù)據(jù)處理和應用提供技術(shù)支撐，為構(gòu)建先進的三維生態(tài)感知衛(wèi)星監(jiān)測產(chǎn)品體系和完善高效的天空地一體化產(chǎn)品質(zhì)量評估方法，提供綜合實踐應用案例。(完)

來源：中新網(wǎng)