东北地区森林下雪深被动微波遥感反演的关键影响参数观测与研究

The estimation and forecast of Snow Depth (SD) in Northeast China has an important significance for the monitoring and assessing the available snow melt water to rivers and crop-soil moisture, and guiding the agriculture-stock production. However, forests canopies have been one major factor that influences the inversion accuracy of snow properties by microwave remote sensing. The localization observation and confirmation of snow and forest parameters directly relate to the effective application of SD inversion models. By the controllable ground-based remote sensing experiments according to the forests characteristics in winter in Northeast China , the key physical (the height of tree,the diameter at breast height and the spectral distribution etc.) and microwave radiative parameters (th effective dielectric constant of litter, the effective transmissivity and sacttering albedo of forests etc.) in the snow-forests system will be obtained in this project, which is the data basis of the modification of model parameters. At the same time, microwave radiation and transfer modle about snow-forests will be improved and developed, which is used to analyze and explain theoretically the observation data; Moreover, integrating the observation and modle simulation results, the influence mechanism of key parameters on microwave radiation transfer of forest-snow and SD inversion will be discussed.This project can provide the reliable basis for the improvement of SD inversion model under forests using passive microwave in Northeast China.

东北地区积雪深度的估算与预测对于监测和评估积雪融水河流补给与春季农田土壤墒情，指导农牧业生产具有重要意义。目前，森林覆盖是积雪深度微波遥感反演精度的主要影响因素之一。森林和积雪参数的本地化观测与确定直接关系到雪深反演模型在区域的有效应用。 本研究根据东北地区的冬季森林特征和积雪特性，精心设计可控实验，观测森林积雪系统中各部分的关键物理参数（树高、胸径、雪粒径谱分布等）和微波辐射传输特性参数（枯枝落叶层的有效介电常数、森林的有效透过率和有效散射反照率等），为模型参数本地化修正奠定数据基础；同时，改进和集成发展"积雪-森林"耦合的辐射传输模型，对观测数据进行理论分析和解释；综合观测和模型模拟结果，分析关键参数对于森林积雪微波辐射传输和雪深反演的影响机制，从而为东北地区森林下雪深被动微波遥感反演算法的改进提供可靠依据。

东北地区积雪深度的估算与预测对于监测和评估积雪融水河流补给与春季农田土壤墒情，指导农牧业生产具有重要意义。被动微波遥感是目前反演大范围雪深的主要技术手段，然而森林覆盖成为积雪微波遥感反演精度的主要影响因素之一。本研究重点开展了如下的野外观测实验：（1）被动微波遥感像元级积雪参数连续观测实验与数据分析；（2）森林微波辐射特性观测实验；（3）积雪水热特性定位观测实验；（4）林下枯枝落叶层双频段微波辐射衰减特性观测实验。. 通过以上野外实验观测和理论分析，得到了森林积雪系统中各部分的关键物理参数和微波辐射特性参数及其演化过程规律,具体如下：（1）经过整个冬季10km×10km的森林和农田混合像元内积雪和森林参数的时间序列观测，对比分析了东北典型下垫面森林和农田在积雪参数（雪深、雪密度、雪温度等）演化过程的差异；（2）为定量分析森林的微波辐射特性，利用地基遥感设备获取东北地区阔叶林、针叶林以及混交林的辐射亮温，探讨东北典型森林的微波辐射传输参数频率与极化、角度特性，以及与森林几何和物理参数的关系，进而为东北地区森林积雪的半经验辐射传输模型以及雪深的卫星遥感反演提供准确的经验参数；（3）通过无线传感器定位观测积雪及其下垫面的时间序列的温湿度，分析了积雪水热迁移机理和积雪雪参数演化特性，能够为遥感反演农田积雪参数以及春季土壤墒情等相关问题的研究提供参考；（4）定量分析了森林枯枝落叶层的衰减系数随重量含水量的变化过程，分析了不同厚度、不同重量含水量下的枯枝落叶层透过率，该研究有利于理解森林系统中微波辐射传输过程，纠正森林区微波辐射亮温，提高森林下地表参数遥感反演精度。. 综合观测和理论模型模拟结果，本项目研究分析了关键参数对于森林积雪微波辐射传输和雪深反演的影响机制，从而为东北地区森林影响下雪深的被动微波高精度反演提供了准确的地基验证数据和模型模拟基础。