生態(tài)脆弱區(qū)植被生物量和土壤水分的主被動(dòng)遙感協(xié)同反演.pdf

1、生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況可由植被的生長(zhǎng)情況表征，而植被的生長(zhǎng)情況又受到該地區(qū)土壤水分的制約。植被生物量能夠體現(xiàn)地球生態(tài)系統(tǒng)獲取能量的能力，對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能具有十分重要的意義，是反映生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)之一。土壤水分對(duì)全球水循環(huán)、能量平衡和氣候氣象變化都有重大的影響，是陸地表面非常重要的參數(shù)之一。生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)中，水是許多生態(tài)過(guò)程的主要決定因素，植被與水之間存在著正反饋?zhàn)饔?。因此，建立一套客觀，動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)的生態(tài)脆弱區(qū)植被生物量和

2、土壤水分監(jiān)測(cè)方法，具有十分重要的科學(xué)意義。
　　本研究以生態(tài)脆弱區(qū)草原（烏圖美仁草原和若爾蓋草原）為研究區(qū)，以星載合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）數(shù)據(jù)和同步實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以裸土散射理論和植被散射模型為理論依據(jù)，建立了適合生態(tài)脆弱區(qū)草原的主被動(dòng)遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演植被生物量和土壤水分的方法。本研究的主要工作概括如下：
　　（1）通過(guò)去除森林散射模型中樹(shù)干層的散射貢獻(xiàn)，建立了草本植被散射

3、模型。針對(duì)生態(tài)脆弱區(qū)草原植被密度不均，植被覆蓋稀疏等特征造成的下墊面土壤對(duì)后向散射影響嚴(yán)重的問(wèn)題，在所建立的草本植被散射模型中加入了植被間隙信息。利用植被覆蓋度區(qū)分了像元內(nèi)植被和裸土之間不同的散射機(jī)理，消除了裸土斑塊對(duì)后向散射的影響。最后，利用建立的草本植被散射模型反演了生態(tài)脆弱區(qū)植被生物量信息。
　?。?）基于草本植被和灌木之間不同的物候特征，利用物候減法方法將像元內(nèi)總后向散射分為草本植被貢獻(xiàn)、灌木貢獻(xiàn)和裸土貢獻(xiàn)三部分。在水云模

4、型（Water Cloud Model，WCM）中加入不同植被類型所占比例，區(qū)分了不同植被類型的散射機(jī)理，使模型可以應(yīng)用于從稀疏到稠密的不同植被類型條件?；诮⒌幕旌现脖簧⑸淠Ｐ?，利用主被動(dòng)遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演混合植被區(qū)植被生物量，提高了生態(tài)脆弱區(qū)植被生物量的反演精度。
　　（3）利用積分方程模型（Integral Equation Method，IEM）模擬裸土的后向散射，利用水云模型計(jì)算植被的體散射及植被對(duì)微波信號(hào)的雙向衰減，建

5、立了一種主被動(dòng)遙感協(xié)同反演植被覆蓋下土壤水分的方法。該方法利用IEM模型替換水云模型中的土壤后向散射項(xiàng)，使模型中的土壤散射貢獻(xiàn)的描述更加準(zhǔn)確。此外，在水云模型中加入從光學(xué)遙感數(shù)據(jù)中提取的植被覆蓋度信息來(lái)計(jì)算植被間隙，利用LAI表示植被描述參數(shù)，使該模型能夠應(yīng)用于大尺度上的植被后向散射模擬。最后，通過(guò)改進(jìn)的水云模型去除植被對(duì)總后向散射的影響后，利用IEM模型進(jìn)行生態(tài)脆弱區(qū)植被覆蓋下土壤水分的反演。
　?。?）基于Envisat AS