高光谱植被遥感领域荧光三维辐射传输模拟方法取得新进展

2021年3月，北京空间机电研究所在植被荧光三维辐射传输模拟与模型验证领域取得重要进展，首次实现了基于机载高光谱遥感测量和野外同步地面测量的三维辐射传输模型综合验证工作。相关成果已发表于遥感领域权威期刊《Remote Sensing》，北京空间机电研究所为第一完成单位，北京航空航天大学为合作单位。

植被通过光合作用吸收人类活动排放的CO2总量的30%左右，是陆地生态系统重要的生物化学过程。植被总初级生产力（GPP）是通过光合作用固定的碳总量，是全球碳循环的重要组成部分。太阳诱导叶绿素荧光（SIF）遥感是近年快速发展的新型遥感技术，SIF与光合过程的紧密联系使其成为指示植被光合变化的有效探针，也是监测GPP的强有力手段。目前卫星观测的SIF仅反映了观测方向上的冠层SIF，并不能准确指示整个植被冠层的光合作用。如何利用三维植被辐射传输模型模拟冠层内部的SIF以及冠层结构、观测几何对其影响是目前亟待解决的重要问题之一。

针对这一问题，研究团队利用机载激光雷达数据和高光谱遥感数据，对三维辐射传输模型——FluorWPS模型的SIF模拟能力进行了评估，确定了FluorWPS模型在模拟SIF影响因素方面的潜力。该模型考虑了不同林冠结构因子和太阳–目标–观测几何对植被SIF强度和方向效应的影响，对于进行卫星观测尺度SIF模拟、反演算法设计以及载荷指标设计论证具有重要作用。

该工作首次实现了机载高光谱遥感测量和同步现场测量结合的植被三维辐射传输模型系统评估，与HyPlant两台高性能成像光谱仪测量结果吻合较好（图1），验证了FluorWPS模型模拟辐射光谱的可靠性。这一工作表明，将FluorWPS模型与激光雷达结合可以极大地改善陆地生态系统不同尺度和角度构型下SIF的解释。

图1 HyPlant与FluorWPS模拟辐亮度比较