近日，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碳循環(huán)遙感研究室研究員倪文儉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在復(fù)雜地形區(qū)森林雷達(dá)遙感探測機(jī)理研究中取得新進(jìn)展，構(gòu)建了“景觀尺度相干森林雷達(dá)后向散射模型(LandSAR)”，成功刻畫了地形、基線和地表覆蓋類型等關(guān)鍵去相干因素的影響規(guī)律，證明了多波段雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)協(xié)同可有效抵消地形影響，通過直接探測森林空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對森林植被碳儲量的高精度估算。

以歐美為主的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體正在積極發(fā)展以森林植被碳儲量及其動態(tài)變化監(jiān)測為主要任務(wù)的衛(wèi)星計(jì)劃，如歐空局計(jì)劃將于2020年發(fā)射一顆專門用于森林監(jiān)測的P波段雷達(dá)衛(wèi)星BIOMASS，美國將與印度合作計(jì)劃于2020年前后發(fā)射具備對森林監(jiān)測能力L波段和S波段雷達(dá)衛(wèi)星NISAR。我國在“高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)”和“國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃”中已經(jīng)部署了一系列雷達(dá)衛(wèi)星，包括X波段、L波段、S波段和P波段。如何充分利用我國已有和正在部署的相關(guān)遙感衛(wèi)星構(gòu)建虛擬星座，形成我國自主的全球森林植被碳儲量的監(jiān)測能力，迫在眉睫。

利用合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行森林植被碳儲量監(jiān)測已是國際共識，但其面臨的關(guān)鍵難題之一是復(fù)雜地形問題，特別是我國森林主要分布在山區(qū)。深入理解復(fù)雜地形條件下電磁波與森林的相互作用機(jī)理，是發(fā)展高精度山區(qū)森林植被碳儲量監(jiān)測的關(guān)鍵。雖然國際上森林雷達(dá)后向散射建模研究已經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了由非相干模型到相干模型的發(fā)展，對森林場景的描述從一維、二維、三維到真實(shí)場景，逐步細(xì)化，但現(xiàn)有模型主要著眼于描述像元尺度森林雷達(dá)后向散射特征的刻畫，無法充分表達(dá)復(fù)雜地形條件下電磁波與森林的相互作用過程，制約著復(fù)雜地形條件下高精度森林植被碳儲量監(jiān)測算法的發(fā)展。

倪文儉研究團(tuán)隊(duì)以國際著名的Sun & Ranson三維森林雷達(dá)后向散射模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了“景觀尺度相干森林雷達(dá)后向散射模型(LandSAR)”，實(shí)現(xiàn)了基于公里級山區(qū)森林場景的相干雷達(dá)圖像的模擬。對X波段和L波段雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果表明，LandSAR成功刻畫了基線、地形和地表覆蓋類型等去相干變化規(guī)律，證實(shí)了復(fù)雜地形條件下多模式協(xié)同得到的雷達(dá)穿透深度可用于高精度森林生物量監(jiān)測。

該成果為充分利用我國已有和正在部署的多波段合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星構(gòu)建虛擬星座，形成我國自主的全球森林植被碳儲量監(jiān)測能力奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果刊登于雷達(dá)遙感機(jī)理研究國際期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing(2018,56(5): 2958-2967）。研究成果得到了“973”計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)雜地表遙感信息動態(tài)分析與建模”、國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目和中科院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目的支持。

LandSAR模擬的X波段雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果: (a) 雷達(dá)后向散射圖像；(b)雷達(dá)干涉相干系數(shù)圖；(c)雷達(dá)干涉紋圖；(d)雷達(dá)干涉地形相位；(e)解纏后的地形相位

LandSAR模擬數(shù)據(jù)再現(xiàn)的X波段雷達(dá)干涉相干系數(shù)隨基線、地形和地表覆蓋的變化規(guī)律