落叶林的微波辐射与传输特性研究

森林覆盖了全球地表面积30%左右。微波信号对森林的传输特性跟森林地区用被动微波遥感手段反演土壤水分或植被生物量密切相关。随着欧空局L波段的SMOS升空,美国计划发射的SMAP，以及我国去年发射的FY-3B，被动微波遥感像元中森林的传输率问题引起人们更多的关注。迄今为止人们对这个问题的认识很有限。本项目拟以一种落叶林为例，用L和X波段微波辐射仪同步观测的方法，研究落叶林的微波辐射传输特性，获取落叶林不同生长阶段的传输率，分析落叶林不同组份的辐射贡献，并验证高阶的微波辐射模型。然后根据L系统生成的落叶林几何参数，用验证后的辐射模型对不同树龄的落叶林进行模拟，提出修正的、适用于落叶林地区的零阶微波辐射模型。

森林覆盖了全球地表面积三成左右，微波遥感是探测森林地区生物量以及林区土壤水分的有效手段。森林对微波信号的传输特性是获取这些信息的关键。国外研究表明，在常见的微波遥感频段中，L波段对森林的穿透率最好，大约在0.4—0.6左右。2009年11月欧空局L波段的SMOS升空，2015年1月美国发射的SMAP，均搭载L波段微波传感器。由于森林结构对微波信号传输的复杂性，人们对森林的微波辐射与传输特性认识很有限。本项目以一种落叶林为例，用L和X波段微波辐射仪同步观测的方法，研究落叶林的微波辐射传输特性，获取落叶林不同生长阶段的传输率，分析落叶林不同组份的辐射贡献。然后根据生成的落叶林几何参数，用验证后的辐射模型对不同树龄的落叶林进行模拟，提出修正的、适用于落叶林地区的零阶微波辐射模型，从而探索反演森林地区的土壤水分和森林生物量的有效方法。.在本项目的研究过程中，申请人赴意大利将适用于作物的Matrix-Doubling模型进行了彻底改造，发展出适合森林的微波辐射模型，并用该模型模拟出部分结果（见正文）。2014年4月—9月，项目负责人跟中国科学院东北地理与农业生态研究所协作，使用L波段和X波段微波辐射仪，在吉林长春净月潭森林试验场开展落叶林的微波辐射观测实验。观测期间包含了森林从无叶、长出嫩叶直至叶片丰满期间，典型阶段森林的微波辐射特征。实验期间野外实测的数据用于发展森林生长模型，亮度温度的观测结果主要用于验证森林的传输率，而森林的辐射特性采用了2007年马里兰大学的野外实测数据进行验证。在此基础上，根据不同的叶面积指数LAI和森林生长模型产生的各种几何参数，送入到微波辐射模型中进行模拟，并把模拟结果按照最小二乘法进行匹配到相同环境下形式简单的零阶模型中，即可得到森林等效的光学厚度和单散射反照率。研究结果显示落叶林的单散射反照率可达0.09左右，同时给出不同观察角度下的光学厚度。本项目的研究结果可以用于提高L波段落叶林地区的地表含水量的反演精度，估算落叶林的生物量，并对我国今后发射WCOM卫星参数配置、数据处理起了一个很好的参考作用。