联合激光雷达和多角度影像数据的森林冠层和林下植被LAI反演研究
批准号:
42101335
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王晓菲
依托单位:
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晓菲
中文摘要
森林背景是影响森林冠层LAI遥感反演精度的主要原因之一,但现有估算森林背景反射率的方法并未考虑复杂的森林垂直结构,尤其是林下植被。另外,森林冠层和林下植被的固碳速率不同,现有森林冠层LAI反演方法未考虑林下植被的分离,影响碳水循环模拟。为此,本项目拟开展森林背景反射率和林下植被LAI反演研究,通过“空-地”一体化同步观测,分析不同森林类型样方的森林背景光谱特征,建立顾及森林复杂垂直结构的森林背景反射率估算模型;构建林下植被LAI反演模型,优化森林背景反射率→林下植被光谱→林下植被LAI的两步反演方法;基于ALS数据提取几何光学模型所需的关键结构参数,定量驱动几何光学模型,提高森林冠层和林下植被LAI的反演精度;并通过实测森林冠层和林下植被LAI数据进行验证。所发展和建立的森林背景反射率和林下植被LAI反演方法,为提高森林LAI产品精度提供有效工具
英文摘要
The forest background is one of the main factors that affect the retrieval accuracy of the forest overstory leaf area index (LAI). However, it is still not good enough for the existing method for retrieving forest background reflectance, since they don’t considering the effect of complex vertical structure of the forest. In addition, forest overstory and understory layers differ in carbon and water cycle regimes. Separate retrievals of LAI for these two layers would help to improve modeling forest biogeochemical cycles and evaluating forest ecosystem functions. This proposed project will research on the key methods of retrieving forest background reflectance and understory vegetation LAI using remote sensing data. Simultaneous observation of multi-angle image data, aerial lidar data, LAI and leaf reflectance will be carry out to investigate the relationships of forest structure, forest background reflectance and understory vegetation LAI parameters. Constructing a forest background reflectance inversion model that takes into account the complex forest structure in vertical direction, and developing a two-step inversion models for retrieval of understory vegetation leaf for improving the inversion accuracy. In addition, we also quantify the structure parameters required by the geometric optical model based on lidar data for improving the accuracy of forest overstory LAI. The proposed model for retrieving the forest background reflectance and understory vegetation LAI will provide a powerful and effective tool for promoting the development of quantitative remote sensing technology for vegetation parameters.
受限于复杂的森林垂直结构以及地形、林下背景等因素的影响,现有的森林冠层叶面积指数(leaf area index, LAI)卫星产品精度存在较大不确定性。本项目1)收集到了不同密度和森林类型的单木三维结构参数、航空激光雷达(aerial laser scanning, ALS)数据、林下植被背景反射率等关键数据;2)分析了背景对LAI遥感反演的影响,发现植冠光谱在不同背景(土壤类型、非光合植被)下对LAI变化的响应程度具有显著差异,尤其是在红边和短波红外范围;3)建立了顾及林下背景的多角度几何光学模型,估算的LAI与其实测值具有较高的相关性(R=0.55、RMSE=1.65),证实了将林下背景反射率与多角度遥感信息结合能有效地提升几何光学模型反演森林冠层LAI精度;4)基于ALS数据定量化林分空间参数,建立了基于ALS驱动的几何光学模型反演森林冠层LAI算法,验证结果表明该算法能提高有效LAI预测精度(R2=0.60, RMSE=1.33)。此外,分析了社会-环境因素对森林冠层结构变化模式的影响,论证了这些理论方法拓展在其它区域的可行性。总之,本项目的研究成果对提高植被生产力和碳通量的估算精度,理解森林生态系统的碳水循环过程具有重要科学价值。
国内基金
海外基金