中新網(wǎng)北京7月29日電(記者孫自法)記者7月29日從中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心獲悉，該中心微波遙感重點(diǎn)實驗室雷洋研究員帶領(lǐng)團(tuán)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(dá)干涉測量技術(shù)，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(jié)構(gòu)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。

國產(chǎn)L波段雷達(dá)干涉衛(wèi)星陸探1號雙站模式示意圖。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖

這一通過衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得重要應(yīng)用的研究，由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心牽頭，聯(lián)合國家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院、中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院、武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院、海南大學(xué)三亞南繁研究院、自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所等共同完成，相關(guān)成果論文近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)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(biāo)，與森林地上生物量存在顯著關(guān)聯(lián)。科學(xué)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(zhì)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(dá)干涉測量被廣泛認(rèn)為是一項有潛力實現(xiàn)上述目標(biāo)的技術(shù)，但通常要獲得森林三維垂直結(jié)構(gòu)信息(例如森林垂直結(jié)構(gòu)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(guān)的雙站干涉雷達(dá)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(yīng)用。

星載激光雷達(dá)波形與陸探1號森林垂直剖面對比。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖

在本項研究中，研究團(tuán)隊以中國海南島的熱帶雨林為研究區(qū)域，重點(diǎn)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(tuán)隊借助中國陸探1號衛(wèi)星任務(wù)所獲取的星載L波段雙站雷達(dá)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(jié)構(gòu)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(dá)波形高度吻合，均捕捉到森林垂直結(jié)構(gòu)剖面的相似特征。他們還進(jìn)一步改進(jìn)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(jī)構(gòu)的兩個星載激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)用做校準(zhǔn)。

在數(shù)字地形模型估計方面，研究團(tuán)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(dá)樣本(以激光雷達(dá)高度為特征)，另一種是利用有限的星載激光雷達(dá)樣本(以小視數(shù)雷達(dá)干涉相位高度標(biāo)準(zhǔn)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(guān)聯(lián)的統(tǒng)計回歸模型。

隨后，研究團(tuán)隊利用類似從激光雷達(dá)波形導(dǎo)出高度指標(biāo)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(dá)2.74萬平方公里的大規(guī)模林下地形和森林高度分布圖。

陸探1號生成的海南森林高度產(chǎn)品(10米分辨率)。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖

經(jīng)過與機(jī)載激光雷達(dá)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(jié)果均符合中國地形測繪的行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

雷洋表示，相比多極化、多基線星載或機(jī)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(jié)合國產(chǎn)星載L波段雙站雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)的升降軌觀測，進(jìn)行大規(guī)模森林三維垂直結(jié)構(gòu)剖面、高度指標(biāo)、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(hù)和生物多樣性研究都具有重要意義。(完)