【科技日報(bào)】航空遙感系統(tǒng)首次開展陸氣間水分透視遙感試驗(yàn) 拍個(gè)微波“CT”看清植物體內(nèi)水分分布
來源：發(fā)布時(shí)間：2024-08-07
8月1日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡稱空天院）發(fā)布消息稱，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——航空遙感系統(tǒng)近日成功在河北省塞罕壩機(jī)械林場、御道口牧場等地開展“植被與土壤的水分遙感試驗(yàn)”。這是國際上首次基于航空平臺開展土壤—植被—大氣的水分透視遙感試驗(yàn)。該試驗(yàn)是中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心牽頭組織的灤河流域天空地多尺度遙感聯(lián)合試驗(yàn)的重要組成部分。
航空遙感系統(tǒng)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施與試驗(yàn)人員
灤河作為海河流域的重要河流，是京津冀地區(qū)的“水龍頭”。灤河流域是由山地、河流、森林、農(nóng)田、湖泊、草地、沙地等諸多要素構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，是探索多要素遙感機(jī)理、創(chuàng)新多源遙感方法、驗(yàn)證先進(jìn)遙感技術(shù)的理想場所。
“植被在陸地-大氣間的水分傳輸中扮演著重要角色，不僅是陸地水資源的蓄水池，也是大自然的抽水機(jī)?！笨仗煸哼b感與數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任胡斯勒圖研究員說，傳統(tǒng)上，土壤-植被-大氣的水分傳輸研究局限于微觀的某一個(gè)點(diǎn)，這限制了我們對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)水分平衡的理解，因此迫切需要發(fā)展能夠在更大空間尺度上進(jìn)行觀測的現(xiàn)代技術(shù)手段，透視遙感就是一個(gè)很好的選擇。
土壤-植被-大氣連續(xù)體水分傳輸透視遙感原理
本次透視遙感試驗(yàn)主要利用微波技術(shù)，微波的波長比可見光和熱紅外波長更長，具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿過云層和植被，即使在夜間和陰雨天也能正常工作。同時(shí)，不同波段的微波與植被的不同部位有著不同的相互作用機(jī)制，比如長波段更能深入觀測到植被的莖干部分，而短波段則更適合觀測植被的冠層和葉片。
“此次遙感試驗(yàn)采用了從L波段至Ka波段的多通道微波協(xié)同觀測，這是一種透視觀測的技術(shù)，就像醫(yī)生通過使用CT掃描診斷人體內(nèi)部病情一樣。研究人員可以深入觀察植物內(nèi)部的水分狀態(tài)和分布，詳細(xì)解析從土壤到植被莖干再到冠層和大氣的整個(gè)水分傳輸過程。”空天院遙感與數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員趙天杰說，這不僅有助于我們從植物生理過程深入理解植被的生長與死亡機(jī)制，還能揭示生態(tài)系統(tǒng)如何應(yīng)對水分脅迫的變化。
此次，科研團(tuán)隊(duì)利用航空遙感系統(tǒng)搭載的三頻段（L/S/C）多角度成像微波輻射計(jì)、三頻段（Ku/K/Ka）全極化掃描微波輻射計(jì)、機(jī)載激光掃描儀系統(tǒng)以及全譜段高光譜成像儀4種航空載荷，對塞罕壩、御道口等地的森林、農(nóng)田和草地等實(shí)施了精準(zhǔn)觀測。
同時(shí)，科研人員還使用無人機(jī)搭載微波輻射計(jì)、熱紅外成像儀、多光譜相機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行了更精細(xì)尺度的協(xié)同觀測。
無人機(jī)、地基微波輻射計(jì)協(xié)同觀測
本次試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)，將用于發(fā)展和檢驗(yàn)時(shí)空多尺度的土壤水分、植被水分、植被水勢、大氣水汽和蒸散發(fā)等陸地水循環(huán)關(guān)鍵參量的智慧化遙感方法，進(jìn)而通過空天技術(shù)手段捕捉植物內(nèi)部的水分狀態(tài)變化，理解土壤水分供應(yīng)和大氣水分需求之間的復(fù)雜相互作用。這項(xiàng)工作將為陸地水資源衛(wèi)星、海洋鹽度探測衛(wèi)星等國產(chǎn)衛(wèi)星的新型載荷觀測數(shù)據(jù)處理和創(chuàng)新應(yīng)用提供技術(shù)支撐，為評估“森林是水庫”的生態(tài)服務(wù)功能，進(jìn)一步提升森林的土壤儲水量和水分生產(chǎn)力，增加水資源的涵養(yǎng)和調(diào)蓄能力提供科學(xué)依據(jù)。
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