高光譜植被遙感領域熒光三維輻射傳輸模擬方法取得新進展

2021年3月，北京空間機電研究所在植被熒光三維輻射傳輸模擬與模型驗證領域取得重要進展，首次實現了基于機載高光譜遙感測量和野外同步地面測量的三維輻射傳輸模型綜合驗證工作。相關成果已發表于遙感領域權威期刊《Remote Sensing》，北京空間機電研究所為第一完成單位，北京航空航天大學為合作單位。

植被通過光合作用吸收人類活動排放的CO2總量的30%左右，是陸地生態系統重要的生物化學過程。植被總初級生產力（GPP）是通過光合作用固定的碳總量，是全球碳循環的重要組成部分。太陽誘導葉綠素熒光（SIF）遙感是近年快速發展的新型遙感技術，SIF與光合過程的緊密聯系使其成為指示植被光合變化的有效探針，也是監測GPP的強有力手段。目前衛星觀測的SIF僅反映了觀測方向上的冠層SIF，并不能準確指示整個植被冠層的光合作用。如何利用三維植被輻射傳輸模型模擬冠層內部的SIF以及冠層結構、觀測幾何對其影響是目前亟待解決的重要問題之一。

針對這一問題，研究團隊利用機載激光雷達數據和高光譜遙感數據，對三維輻射傳輸模型——FluorWPS模型的SIF模擬能力進行了評估，確定了FluorWPS模型在模擬SIF影響因素方面的潛力。該模型考慮了不同林冠結構因子和太陽–目標–觀測幾何對植被SIF強度和方向效應的影響，對于進行衛星觀測尺度SIF模擬、反演算法設計以及載荷指標設計論證具有重要作用。

該工作首次實現了機載高光譜遙感測量和同步現場測量結合的植被三維輻射傳輸模型系統評估，與HyPlant兩臺高性能成像光譜儀測量結果吻合較好（圖1），驗證了FluorWPS模型模擬輻射光譜的可靠性。這一工作表明，將FluorWPS模型與激光雷達結合可以極大地改善陸地生態系統不同尺度和角度構型下SIF的解釋。

圖1 HyPlant與FluorWPS模擬輻亮度比較