川西高原植被生态水（层）及水分胁迫状况遥感动态监测方法

Understanding the complexity of the Eco-water (layer) of vegetation and the water stress is very important to study the water environmental and resources problems. Aiming at the difficulties of quantification and water stress monitoring for the Eco-water (layer) of vegetation , this project will focus on the quantitative remote sensing research of the Eco-water (layer) of vegetation and the water stress, construct the information index system of the Eco-water and water stress, and propose a remote sensing dynamic monitoring model for studying the Eco-water and water stress, with the Western Sichuan Plateau as a study area. The main research contents are: ① the structural characteristics and spatiotemporal principles of the Eco-water (layer) is studied, the quantitative analysis approach of remote sensing for the Eco-water (layer) and the information index system of remote sensing for the water stress are both constructed; ② the mathematical model is defined for accurately describing the transformation between the Eco-water, the remote sensing information of water stress and the surface parameters; ③ the remote sensing dynamic monitoring model of the Eco-water and water stress of vegetation is proposed. This study will break the bottleneck that existing methods cannot quantify the Eco-water (layer) of vegetation, and will present the new theories and methods of remote sensing investigation and quantitative research for land ecosystem water stress that it will innovate the theories and methods originally. This project will provide some solid foundations for the rapid survey research of ecosystem water stress using remote sensing technology in Western China.

认知陆表植被生态水(层)的复杂性及水分胁迫状况对解决水环境问题具有重要科学意义。针对陆表植被生态水(层)难以量化及水分胁迫状况难以监测问题，本项目在课题组已有成果基础上，以川西高原为试验区，开展陆表植被生态水(层)及水分胁迫状况遥感定量研究，建立生态水及水分胁迫状况信息指标参数体系，提出生态水及水胁迫状况遥感动态监测模型及方法。主要研究内容：①深入分析植被生态水(层)结构特征及时空规律，建立植被生态水(层)遥感定量分析方法及水分胁迫状况遥感信息指标体系；②构建植被生态水(层)及水分胁迫状况遥感信息与其地面参数的数学转换关系模型；③提出植被生态水(层)及水分胁迫状况遥感动态监测模型。项目研究成果将突破陆表生态系统水分难以精确量化的瓶颈问题，实现高原区植被生态水量化及水分胁迫状况遥感调查理论与方法原始创新，为我国西部地区利用遥感技术进行生态系统水分胁迫状况快速调查研究探索新路。

植被生态水（层）是大气降水转化后的一个层次，由植被、植被腐殖层、根系土壤层所储存，形成以植被为中心的生态水层。有如“地下水含水层”，它能对降水进行截流，并向地表河流和地下水储层补给输水，是水文循环研究的重点和难点。本项目针对(1)目前国内外植被含水量传统样地“砍伐式”方法局限性，和(2)传统遥感方法受到天气阴雨云雾遮盖影响数据问题较多、更重要的是利用遥感方法只能获取植被垂直冠层顶部叶片很少部分水量，缺少冠层中下部叶片含水量和植被茎枝及根系土壤层含水量等严重缺陷,经本团队多年研究与攻关实验，在完善陆表植被生态水遥感量化分析方法和构建陆表植被生态水（层）遥感信息指标参数与其地面参数的数学转换关系模型基础上，提出以下植被生态水遥感量化与反演创新理论及方法：.（1）提出了一种基于多光谱遥感和机载LiDAR遥感技术/数据的森林植被冠层生态水遥感量化与反演理论及方法；.（2）提出了一种基于多光谱遥感+激光LiDARr+微波SAR集成一体化获取森林树高及茎枝结构参数的遥感量化与反演的理论及方法；.（3）提出了基于多光谱遥感、激光LiDAR和微波SAR遥感协同攻关获取地下植被根系土壤生态水的理论及方法； .（4）综合以上研究成果，提出了一种较为完善的“植被冠层水+林木树干/茎枝生态水+林木地下根系土壤生态水”三位一体的植被生态水（层）遥感量化与定量反演的理论和方法---即陆表植被生态水（层）遥感量化与反演的理论及方法。. 植被生态水是维持生态环境正常功能的水体，难以量化，一般方法很难获得其资源量。本项目提出以植被为中心的生态水遥感量化与资源量反演理论及方法, 有效解决提取植被生态水基本数据偏差大、量化反演理论及其方法存在严重缺陷导致计算结果精度低和普适性差等问题；为我国西部地区乃至全国利用以遥感为核心的3S技术快速查明植被生态水（层）空间分布与变化规律，估算植被生态水资源量探索一条新路；本项目研究成果不但丰富生态环境理论研究，也将推动水资源演变与水循环理论和技术方法研究，拓宽遥感技术应用研究领域，对西部资源开发乃至全国、全球生态环境研究都具重要科学意义和巨大潜在的社会经济价值。