联合激光雷达数据与双频干涉雷达数据的森林生物量制图研究

The regional forest biomass mapping in high accuracy is necessary for the study of climate change and the managements of forest resources. The three-dimensional radar backscattering model of forest canopy will first be modified to account for the polarimetric interferometry. Then the model will be fully validated using the 3D forest scene rebuilt for high density lidar point-cloud data and airborne PolInSAR data. The temporal decorrelation will be examined based on the model simulation and airborne PolInSAR data. A criterion will be developed to judge whether the phase accuracy of repeat-pass InSAR data is high enough to be used to derive penetration depth. The algorithm will be developed for the estimation of forest height using the penetration depth difference between long and short wavelength InSAR. The performance of the estimated forest height in the retrieval of forest biomass will be investigated. The program will be help for our country understanding the grounds of other country's argument in the international negotiation about the carbon emission. This study can also help our company to get forest resources information ahead of their investments. The improved estimation of forest structure parameters will help the sustainable management of the forest resources and provide data for the research of forest dynamic and its impacts on global climate and environments changes.

高精度的区域森林生物量制图可为气候变化和森林资源管理提供有力的数据支持。本研究以完善相干三维森林雷达后向散射模型为基础，利用基于高密度激光雷达点云构建的三维森林场景和机载极化干涉数据对相干森林雷达后向散射模型进行详细地验证；基于相干三维森林雷达后向散射模型的模拟数据和机载极化干涉数据，分析时间去相干引起的干涉相位测量误差，建立判断重复轨道干涉数据是否可用于双频干涉雷达穿透深度差提取的依据；利用模拟数据库发展基于双频干涉雷达穿透深度差反演森林高度的方法；发展以估算的树高为附加约束条件的基于模拟数据库和查找表方法的区域森林生物量制图方法。本项目有利于我国在碳排放国际谈判中的掌握主动权，同时为我国企业在海外木材产地进行投资提供技术储备，也为准确掌握和合理利用我国森林资源以及进一步探讨森林动态变化与全球气候变化之间的关系提供帮助。

高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测是气候变化研究的重要基础，其关键制约因素是地形影响问题和饱和点问题。本研究提出利用雷达干涉的地形测量能力和双频雷达干涉穿透性差异来破解这两大难题，进而通过大光斑激光雷达点采样数据实现高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测。围绕着这一思路，开展了雷达后向散射建模与模拟分析、立体SAR地形提取和激光雷达数据处理与模拟分析等研究。本研究取得的重要研究成果包括：构建了景观尺度相干三维森林雷达后向散射模型，成功再现了不同波段雷达干涉数据中的基线去相干、地形去相干和地表覆盖去相干，且通过模拟分析证实了双频雷达干涉穿透深度与森林结构参数存在较好的相关性，为高精精度区域森林生物量制图开辟了新的途径；发展了基于激光雷达回波模型与已知地表坡度的新型激光雷达波性参数，结果表明，该参数受地形影响较小，具备较好的地形适应性，可在地形已知的情况下，彻底解决坡面地形对激光雷达回波的展宽问题，实现高精度森林植被碳储量激光雷达点采样。在目前森林遥感研究热点是雷达极化干涉，而我国相关研究起步较晚的情况下，本研究提出的“双频雷达干涉与激光雷达协同”的思路为实现高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测提供了新的解决方案，如果能够得到持续的资助，将使我国在高精度区域森林植被碳储量及其动态变化监测实现“弯道超车”成为可能。