融合多源遥感数据的植被物候变化反演与生态系统碳循环研究

Remote sensing offers the best way to analyze plant growth and increasing effects have been made to understand the relationship between climate change and interannual variability of plant phenology. However, there are several issues remain in the estimation of phenology from remote sensing and uncertainties are introduced from data fitting and noise. This project will analyze the impacts of sensors, fitting algorithms, and plant functional types on the modeling of plant phenology. Independent validation using Citizen Science observation network will also be conducted, with the objective to derive improved algorithms for phenology modeling. Furthermore, we will also use flux data to analyze the relationships between phenology and carbon cycling, including the carry-over effects of phenology, sensitivity of carbon sequestration to phenology. Ecosystem models with phenology module will be derived, which helps to understand phenology and carbon cycling with future climate change.

遥感数据为研究区域植被状况提供了最好的技术手段和数据基础。利用遥感数据反演植被物候变化是当今国际热点研究问题，但是基于星载数据获取的物候变化存在诸多问题。不同曲线拟合方法、数据噪声等都会增加反演结果的不确定性。项目将利用多源遥感数据（多时间、多光谱、多空间分辨率）反演植被物候变化，重点分析不同植被类型、不同算法、以及多传感器对物候变化模拟的影响，利用地面观测数据独立验证，进而建立优化的物候变化提取算法。在此基础上，结合地面通量观测，分析物候变化对植被碳循环的影响，包括物候变化的联动-延迟效应，不同生态类型物候变化与碳循环变化的响应，最终建立融合物候变化模块的区域碳循环生态模型，为研究碳循环与气候变化的作用机制提供参考。

利用遥感数据反演植被物候变化是当今国际热点研究问题。为降低单一遥感数据受不同曲线拟合方法、数据噪声等影响导致的植被物候反演结果的不确定性，项目融合多源遥感数据反演植被物候变化，并结合地面通量观测分析物候变化对植被碳循环的影响。主要取得了以下五方面的研究成果：第一，引入生长季前温度、夜间温度、物候相机红光组分等多源数据以改进不同季节植被物候的提取方法，相关成果发表在ISPRS J. Photogramm. Remote Sens.(SCI,IF=11.774)、Agric. For. Meteorol.(SCI,IF=6.424)和IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Obs. Remote Sens.(SCI,IF=4.715)。第二，利用遥感数据、全球森林站点和通量数据厘清植被生长季峰值物候对生态系统生产力的影响，并从地面、近地面和卫星三个尺度进行结果比对，系列成果发表于Agric. For. Meteorol.、Environ. Res. Lett.(SCI,IF=6.947)及Ecol. Indic.(SCI,IF=6.263)。第三，青藏高原生态环境相对脆弱，项目研究发现青藏高原植被的夏季生长对干旱影响敏感，秋季物候变化与该地区春季物候存在显著正相关关系，反映出物候变化的联动-延迟效应，相关研究成果发表在Ecol. Indic.和Int. J. Climatol.(SCI,IF=3.651)。第四，对秋季物候的时空变化和机制分析展开研究，结合地面观测和遥感数据，揭示了干旱对植被秋季物候的累积和滞后效应，除气候因素外，还发现了高纬度地区植被秋季物候受风速变化的显著影响。相关成果发表于Global Change Biol.(SCI,IF=13.211)、Global Planet. Change(SCI,IF=4.956)和PNAS(SCI,IF=12.779)。第五，进一步的研究发现，CO2和氮沉降会影响植被物候对气候变化的响应，氮沉降使春季物候对气候变化的敏感性降低，研究成果发表于Environ. Res. Lett.和Global Planet. Change。