基于微波散射计的全球植被物候探测与应用研究

Vegetation phenology, as an indicator of global change, can reflect the response of global biosphere to climate change. Remote sensing has become an important tool for global vegetation phenology monitoring. However, there still lacks thorough exploration on the effectiveness of active microwave data in vegetation phenology detection. In this study, we will conduct research on global vegetation phenology detection with satellite scatterometer including related theoretical basis, models, methodologies and applications. The backscatter of representative vegetations will be simulated with radar backscatter models, and the temporal variation of backscatter time series within vegetation growth cycle will be analyzed. Phenology detection methods will be optimized and assessed based on ground observation and optical data, and the biological meaning of phenology detection results will be further explained. Finally, based on multi-year detection results and climate data, the spatio-temporal variation of vegetation phenology and its relationship with climate change will be analyzed in arid and semi-arid areas across the globe. Therefore, the potential of radar backscatter data in vegetation phenology detection will be investigated and the application of active microwave data in global change study will be promoted.

陆地生态系统中植被的物候变化能够反映地球生物圈对气候的响应，是全球变化的指示剂。遥感逐渐成为植被物候监测的重要技术手段，但尚未有研究深入分析主动微波数据在植被物候探测中的有效性。本研究将主要开展基于散射计数据的全球植被物候探测理论、模型、方法和应用研究。主要包括：1）通过典型植被类型的Ku波段后向散射模拟及植被后向散射时间序列特征分析，为基于散射计数据的物候探测提供理论基础；2）针对SeaWinds时间序列数据，开发后向散射物候参数探测模型与方法，结合地面观测和光学数据综合评价探测结果，明确其生理生态意义；3）基于多年物候探测结果，以全球干旱半干旱地区为例分析植被物候时空变化及其与气候因子的关系，探究气候变化对植被生长造成的影响。综合以上，挖掘雷达后向散射数据在植被物候信息探测中的潜力，促进主动微波数据在全球变化研究中的应用。

植被物候是全球变化的敏感指示剂，能够反映地球生物圈对气候的响应。遥感是全球和区域尺度植被物候监测的重要技术手段 。本研究通过开展基于散射计数据的全球植被物候探测理论、模型、方法和应用研究，在以下方面取得重要进展，1）发展了适用于散射计数据植被物候参数探测技术，微波后向散射时序数据存在积雪覆盖导致的强噪音信号等问题，针对后向散射时序数据特性，建立了加权不对称高斯物候参数提取模型，提高了植被物候参数探测的可靠性；2）对比了雷达后向散射和光学时间序列应用于全球植被物候探测的有效性 ，基于MODIS光学时间序列数据和QuickSCAT后向散射时间序列数据，提取了东亚区域的植被生长季开始和结束时间，通过对比发现，在热带和半干旱地区，雷达数据较光学数据能更有效得探测到植被物候的周期性， 反映植被生长的季节性变化，是光学数据的有力补充；3）评价了MODIS植被指数时间序列在干旱半干旱地区植被物候监测的适用性，基于MODIS反射率产品计算的归一化植被指数、土壤调节植被指数和增强植被指数，分析了我国新疆干旱半干旱区域尺度的植被动态变化情况，研究发现对于大多数植被类型这三种植被指数提取的物候参数具有一致性，但增强植被指数对干旱半干旱区的稀疏植被和森林物候的提取存在较大的不确定性。 综合以上，通过本项目四年的研究工作，评价了雷达后向散射数据在植被物候信息探测中的能力，为微波数据在全球变化研究中的应用提供了参考。