中新網北京7月29日電 (記者 孫自法)記者7月29日從中國科學院國家空間科學中心獲悉，該中心微波遙感重點實驗室雷洋研究員帶領團隊最近在國際上首次利用星載 L波段雙站單極化、單基線雷達干涉測量技術，實現(xiàn)森林三維垂直剖面、林下地形、樹高等多個森林垂直結構信息的同步反演，可為森林碳儲量估計、森林資源變化監(jiān)測等提供新方法。
這一通過衛(wèi)星遙感技術獲得重要應用的研究，由中國科學院國家空間科學中心牽頭，聯(lián)合國家林業(yè)和草原局林草調查規(guī)劃院、中南大學地球科學與信息物理學院、武漢大學資源與環(huán)境科學學院、海南大學三亞南繁研究院、自然資源部國土衛(wèi)星遙感應用中心、中國科學院地理科學與資源研究所等共同完成，相關成果論文近日在國際專業(yè)學術期刊《環(huán)境遙感》發(fā)表。
論文第一作者兼通訊作者雷洋研究員介紹說，在眾多參數(shù)中，森林高度作為核心指標，與森林地上生物量存在顯著關聯(lián)?？茖W界長期期望能在中高空間分辨率(小于100米)上直接獲取森林生物物理參數(shù)(如高度與生物量)的量值及空間分布。該尺度既可解析熱帶森林的異質性特征，亦可監(jiān)測森林干擾動態(tài)。
星載L波段雙站合成孔徑雷達干涉測量被廣泛認為是一項有潛力實現(xiàn)上述目標的技術，但通常要獲得森林三維垂直結構信息(例如森林垂直結構剖面、林下地形、樹高等)，需要多種極化、多組基線才能實現(xiàn)。這對衛(wèi)星載荷資源的要求較高，但中外相關的雙站干涉雷達衛(wèi)星目前均主要采用單基線和單極化觀測模式，這在不同程度上制約了其在林業(yè)方面的應用。
在本項研究中，研究團隊以中國海南島的熱帶雨林為研究區(qū)域，重點聚焦海南熱帶雨林國家公園。這里擁有豐富的生物多樣性，生長著熱帶雨林、亞熱帶常綠林等多種植被類型，是研究森林生態(tài)系統(tǒng)的理想場所。
研究團隊借助中國陸探1號衛(wèi)星任務所獲取的星載 L波段雙站雷達干涉數(shù)據(jù)，采用小視數(shù)干涉相位高度直方圖方法來獲取森林垂直結構剖面。測量得到的小視數(shù)干涉相位高度直方圖與激光雷達波形高度吻合，均捕捉到森林垂直結構剖面的相似特征。他們還進一步改進基于小視數(shù)干涉相位高度直方圖的林下地形估計方法，整合美國機構的兩個星載激光雷達測量數(shù)據(jù)用做校準。
在數(shù)字地形模型估計方面，研究團隊開發(fā)出兩種地形估計策略：一種是利用充足的星載激光雷達樣本(以激光雷達高度為特征)，另一種是利用有限的星載激光雷達樣本(以小視數(shù)雷達干涉相位高度標準差為特征)，這兩種策略均依賴于將地形高程與小視數(shù)干涉相位高度直方圖統(tǒng)計特征相關聯(lián)的統(tǒng)計回歸模型。
隨后，研究團隊利用類似從激光雷達波形導出高度指標的方法，直接從小視數(shù)干涉相位高度直方圖反演得到了森林高度。最終，生成了覆蓋中國海南島整個熱帶雨林地區(qū)、總面積達2.74萬平方公里的大規(guī)模林下地形和森林高度分布圖。
經過與機載激光雷達數(shù)據(jù)驗證，新方法對于高度在45米的熱帶森林，其高度估計精度約為5米，相對誤差在10%-15%之間，結果均符合中國地形測繪的行業(yè)應用標準。
雷洋表示，相比多極化、多基線星載或機載觀測方案，此次研究獲得的新方法可為全球森林監(jiān)測提供成本效益高的替代方案。該研究為結合國產星載 L波段雙站雷達干涉數(shù)據(jù)的升降軌觀測，進行大規(guī)模森林三維垂直結構剖面、高度指標、生物量、林下地形以及這些森林參數(shù)變化的全面測繪開辟了新的道路，對森林碳儲量估計、森林資源變化監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護和生物多樣性研究都具有重要意義。(完)
