中国团队研发卫星遥感新方法 助力森林碳储量估计和资源变化监测等
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《芃芃大人红绿灯挑战》 中国团队研发卫星遥感新方法 助力森林碳储量估计和资源变化监测等
中新网北京7月29日电 (记者 孙自法)记者7月29日从中国科学院国家空间科学中心获悉，该中心微波遥感重点实验室雷洋研究员带领团队最近在国际上首次利用星载 L波段双站单极化、单基线雷达干涉测量技术，实现森林三维垂直剖面、林下地形、树高等多个森林垂直结构信息的同步反演，可为森林碳储量估计、森林资源变化监测等提供新方法。
国产L波段雷达干涉卫星陆探1号双站模式示意图。中国科学院国家空间科学中心 供图
这一通过卫星遥感技术获得重要应用的研究，由中国科学院国家空间科学中心牵头，联合国家林业和草原局林草调查规划院、中南大学地球科学与信息物理学院、武汉大学资源与环境科学学院、海南大学三亚南繁研究院、自然资源部国土卫星遥感应用中心、中国科学院地理科学与资源研究所等共同完成，相关成果论文近日在国际专业学术期刊《环境遥感》发表。
论文第一作者兼通讯作者雷洋研究员介绍说，在众多参数中，森林高度作为核心指标，与森林地上生物量存在显著关联。科学界长期期望能在中高空间分辨率(小于100米)上直接获取森林生物物理参数(如高度与生物量)的量值及空间分布。该尺度既可解析热带森林的异质性特征，亦可监测森林干扰动态。
星载L波段双站合成孔径雷达干涉测量被广泛认为是一项有潜力实现上述目标的技术，但通常要获得森林三维垂直结构信息(例如森林垂直结构剖面、林下地形、树高等)，需要多种极化、多组基线才能实现。这对卫星载荷资源的要求较高，但中外相关的双站干涉雷达卫星目前均主要采用单基线和单极化观测模式，这在不同程度上制约了其在林业方面的应用。
星载激光雷达波形与陆探1号森林垂直剖面对比。中国科学院国家空间科学中心 供图
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在本项研究中，研究团队以中国海南岛的热带雨林为研究区域，重点聚焦海南热带雨林国家公园。这里拥有丰富的生物多样性，生长着热带雨林、亚热带常绿林等多种植被类型，是研究森林生态系统的理想场所。
研究团队借助中国陆探1号卫星任务所获取的星载 L波段双站雷达干涉数据，采用小视数干涉相位高度直方图方法来获取森林垂直结构剖面。测量得到的小视数干涉相位高度直方图与激光雷达波形高度吻合，均捕捉到森林垂直结构剖面的相似特征。他们还进一步改进基于小视数干涉相位高度直方图的林下地形估计方法，整合美国机构的两个星载激光雷达测量数据用做校准。
在数字地形模型估计方面，研究团队开发出两种地形估计策略：一种是利用充足的星载激光雷达样本(以激光雷达高度为特征)，另一种是利用有限的星载激光雷达样本(以小视数雷达干涉相位高度标准差为特征)，这两种策略均依赖于将地形高程与小视数干涉相位高度直方图统计特征相关联的统计回归模型。
随后，研究团队利用类似从激光雷达波形导出高度指标的方法，直接从小视数干涉相位高度直方图反演得到了森林高度。最终，生成了覆盖中国海南岛整个热带雨林地区、总面积达2.74万平方公里的大规模林下地形和森林高度分布图。
陆探1号生成的海南森林高度产品(10米分辨率)。中国科学院国家空间科学中心 供图
经过与机载激光雷达数据验证，新方法对于高度在45米的热带森林，其高度估计精度约为5米，相对误差在10%-15%之间，结果均符合中国地形测绘的行业应用标准。
雷洋表示，相比多极化、多基线星载或机载观测方案，此次研究获得的新方法可为全球森林监测提供成本效益高的替代方案。该研究为结合国产星载 L波段双站雷达干涉数据的升降轨观测，进行大规模森林三维垂直结构剖面、高度指标、生物量、林下地形以及这些森林参数变化的全面测绘开辟了新的道路，对森林碳储量估计、森林资源变化监测、生态环境保护和生物多样性研究都具有重要意义。(完)
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