中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）聯(lián)合中國科學院國家空間科學中心（空間中心）、國家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院等單位在河北省塞罕壩機械林場、御道口牧場等地組織實施“植被與土壤的水分遙感試驗”，這是國際上首次基于航空平臺開展土壤—植被—大氣連續(xù)體水分透視遙感試驗。該試驗是由空間中心牽頭組織的“灤河流域天空地多尺度遙感聯(lián)合試驗”的重要組成部分。

航空遙感系統(tǒng)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施與試驗人員

灤河作為海河流域的重要河流，是京津冀地區(qū)的“水龍頭”，對京津冀地區(qū)的生態(tài)支撐和水源涵養(yǎng)至關(guān)重要。灤河流域是由山地、河流、森林、農(nóng)田、湖泊、草地、沙地等諸多要素構(gòu)成的復雜生態(tài)系統(tǒng)，是探索多要素遙感機理、創(chuàng)新多源遙感方法、驗證先進遙感技術(shù)的理想場所。

空天院遙感與數(shù)字地球重點實驗室主任、研究員胡斯勒圖指出：“植被在陸—氣間的水分傳輸中扮演著重要角色，不僅是陸地水資源的蓄水池，也是大自然的抽水機。傳統(tǒng)上，土壤—植被—大氣的水分傳輸研究局限于微觀的點尺度，這限制了我們對整個生態(tài)系統(tǒng)水分平衡的理解，迫切需要發(fā)展能夠在更大空間尺度上進行觀測的現(xiàn)代技術(shù)手段。”

據(jù)了解，本次透視遙感試驗主要是利用微波技術(shù)，微波的波長比可見光和熱紅外波長更長，具有很強的穿透能力，可以穿過云層和植被，即使在夜間和陰雨天也能正常工作。此外，不同波段的微波與植被的不同部位有著不同的相互作用機制，比如長波段更能深入觀測到植被的莖干部分，而短波段則更適合觀測植被的冠層和葉片。

空天院遙感與數(shù)字地球重點實驗室研究員趙天杰介紹說：“此次遙感試驗采用了從L波段至Ka波段的多通道微波協(xié)同觀測，這是一種透視觀測的技術(shù)，就像醫(yī)生通過使用CT掃描診斷人體內(nèi)部病情一樣。研究人員可以深入觀察植物內(nèi)部的水分狀態(tài)和分布，詳細解析從土壤到植被莖干再到冠層和大氣的整個水分傳輸過程。這不僅有助于我們從植物生理過程深入理解植被的生長與死亡機制，還能揭示生態(tài)系統(tǒng)如何應對水分脅迫的變化。”

科研團隊利用由中國科學院航空遙感中心建設(shè)和運行的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——航空遙感系統(tǒng)搭載的三頻段（L/S/C）多角度成像微波輻射計、三頻段（Ku/K/Ka）全極化掃描微波輻射計、機載激光掃描儀系統(tǒng)以及全譜段高光譜成像儀4種航空載荷，對塞罕壩、御道口等地的森林、農(nóng)田和草地等實施了精準觀測。

中國科學院航空遙感中心主任、研究員潘潔介紹說：“航空遙感系統(tǒng)是以國產(chǎn)中型飛行平臺——新舟60飛機為基礎(chǔ)、綜合集成六種對地觀測窗口的國家級航空遙感系統(tǒng)，是我國目前綜合能力最強的航空遙感平臺。本次試驗搭載的機載三頻段多角度成像微波輻射計，為空天院和空間中心最新聯(lián)合自主研制的一維綜合孔徑微波輻射計，這臺新型微波輻射計摒棄了傳統(tǒng)真實孔徑微波輻射計的機械掃描成像方式，相比傳統(tǒng)微波輻射計具有更高的空間分辨率，能夠精準捕捉植被和土壤內(nèi)部的含水量。這也標志著我國的航空遙感系統(tǒng)同時具備了不同成像體制的多波段、全極化被動微波觀測能力。”

與有人機遙感同步，科研人員還使用無人機搭載微波輻射計、熱紅外成像儀、多光譜相機等設(shè)備，進行了更精細尺度的協(xié)同觀測。同時，在地面關(guān)鍵樣區(qū)開展了長時序的地基微波輻射觀測試驗、土壤溫濕度加密觀測試驗、葉片等效水厚度同步測量試驗、植物莖葉水勢測定試驗等工作。通過這些多層次的觀測手段，形成了衛(wèi)星遙感、有人機遙感、無人機遙感和地面遙感的多尺度觀測體系。

無人機、地基微波輻射計協(xié)同觀測

據(jù)悉，本次試驗獲取的天空地一體化數(shù)據(jù)，將用于發(fā)展和檢驗時空多尺度的土壤水分、植被水分、植被水勢、大氣水汽和蒸散發(fā)等陸地水循環(huán)關(guān)鍵參量的智慧化遙感方法，進而通過空天技術(shù)手段捕捉植物內(nèi)部的水分狀態(tài)變化，理解土壤水分供應和大氣水分需求之間的復雜相互作用關(guān)系。這項工作將為陸地水資源衛(wèi)星、海洋鹽度探測衛(wèi)星等國產(chǎn)衛(wèi)星的新型載荷觀測數(shù)據(jù)處理和創(chuàng)新應用提供技術(shù)支撐，為評估“森林是水庫”的生態(tài)服務功能，進一步提升森林的土壤儲水量和水分生產(chǎn)力，增加水資源的涵養(yǎng)和調(diào)蓄能力提供科學依據(jù)。