基于时间序列双极化被动微波遥感数据的植被有效光学厚度反演算法研究

As one of the most important land cover types of land surface, vegetation has great effect on global climate change. Effective vegetation optical depth, which is closely related to vegetation status, is of great importance in global change study. However, there are three limitations for current effective vegetation optical depth estimation algorithms, which are depending on empirical effective vegetation parameters, poor robustness, and lack of comprehensive verification for effective vegetation optical depth results. In this proposal, we will devote to developing a type of algorithm using time-series dual-polarization FY-3B/MWRI brightness temperatures. On the basis of the simulation and validation of radiative transfer model for vegetation covered surface and the single scatterer scattering/emission model, the characteristics of effective vegetation parameters will be analyzed theoretically and in turn to refine the retrieval method of single scattering albedo. Based on the above, the extended effective vegetation optical depth retrieval method will be established using time-series dual-polarization data, which is with higher robustness. Then, comprehensive validation and error analysis will be generated for typical regions to evaluate the retrieved results using experimental data and other data that are related to vegetation growth. This research is expected to contribute to vegetation monitoring, soil moisture retrieval, and global climate change research.

植被是陆表重要的覆盖要素之一，是影响全球气候变化的关键因子。植被有效光学厚度与植被状态密切相关，在全球变化与生态系统研究中具有重要的研究意义。现有的有效光学厚度反演算法中存在植被有效参数设置依赖于经验，反演算法稳定性不足，反演结果缺少全面细致的验证等问题。本项目将基于FY-3B/MWRI数据，在植被覆盖地表辐射传输模型和单散射体散射/辐射模型验证和模拟分析的基础上，探索植被有效参数理论特征；结合模拟分析结果，发展随季节变化的有效单散射反照率的估算方法，有效控制估算异常值，实现算法优化和与有效光学厚度反演的分离；结合统计学相关理论，利用时间序列双极化亮温，建立一套稳定性更强的植被有效光学厚度反演算法；最后针对典型区域开展地面观测实验，进行算法验证和误差分析，通过与其它产品和与植被相关参数的比较，全面评价算法，以期为植被含水量、生物量等陆表参数的反演、生态环境变化以及全球气候变化研究提供支撑。

植被是陆表重要的覆盖要素之一，是影响全球气候变化的关键因子。植被有效光学厚度与 植被状态密切相关，在全球变化与生态系统研究中具有重要的研究意义。本项目开展了地面植被不同生育期车载微波辐射计观测及配套参数测量的综合实验，获得了一套包含多角度多频率亮温、植被结构参数的实验数据，可用于模型和算法验证。基于FY-3B/MWRI X波段数据，在植被覆盖地表辐射传输模型和单散射体散射/辐射模型验证的基础上，建立包含宽范围植被参数的模拟数据库，探索了植被单散射反照率理论值与有效值的关系和取值特点，为反演算法的建立提供了支持。基于该分析结果，利用同一像元短期内连续多次双极化亮温观测数据和相应辅助数据发展了时间序列的双极化亮温反演植被有效光学厚度的算法，获得一套植被有效光学厚度数据集。利用MODIS NDVI、AMSR2 LPRM光学厚度产品、土壤水分产品等多种数据从单点和区域尺度对算法的结果进行了比较和分析，并将算法在其它卫星传感器数据（AMSR-E）上进行了推广。结果显示算法精度能够满足应用需求。项目成果可以为植被含水量、生物量等陆表参数的反演、生态环境变化以及全球气候变化研究提供技术支撑。