应用ENVI-met模型模拟三维植被场景温度分布

为深入研究地表温度异质性机理,引入三维小气候模式ENVI-met开展三维植被场景的温度场模拟。以离散分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基础上,进行了敏感性分析和试验验证。敏感性分析结果表明:土壤相对湿度对模拟土壤温度场最为敏感,太阳辐射比例因子对模拟植被温度场最为敏感。验证结果表明:ENVI-met能准确模拟三维植被温度场的分布规律,模拟值与实测值较为接近(最高R2≈0.9,最小RMSE≈0.6 K)。

应用高分辨率卫星数据估算阔叶红松林乔木多样性

应用遥感技术估算生物多样性是森林生态学的研究热点和难点。为探索高分辨率卫星数据在估算森林植被多样性上的应用潜力,以吉林蛟河市阔叶红松林大样地数据为支撑,提取了红松树冠的空间分布格局,并估算了乔木物种多样性。首先,基于冬季Geo Eye-1影像提取红松树冠分布图,与样地每木调查数据吻合较好。然后,使用景观生态学和地统计学指数,分析红松种群空间分布规律,发现了最大自相关尺度30~40 m。最后,选择拥有红边波段的秋季Rapid Eye卫星图像,建立遥感影像5 m光谱值和30 m窗口大小纹理参数与生物多样性指数的多元线性回归模型。结果表明,红边信息并未显著改善多光谱数据估算植被生物多样性的能力,但所获大区域制图结果与林分龄级吻合较好。

应用混合像元分解提取胡杨覆盖度信息

以内蒙古荒漠地区胡杨林为研究对象,应用混合像元分解方法从TM多光谱数据中提取了胡杨林植被覆盖度,并以高分辨率Quickbird影像分割结果作为真值进行精度评价,与传统的基于植被指数提取植被覆盖度的方法进行了对比。结果表明:基于几何顶点端元选取的混合像元分解方法可以有效提取胡杨植被覆盖度(R2=0.893,RMSE=0.12),优于植被指数回归方法提取精度(R2=0.574)。研究结果有助于开展荒漠地区较大范围的胡杨林动态监测和保护。

基于土壤冠层组分温差监测侧柏蒸腾速率的研究

试验使用红外热像仪和热平衡树干液流计(SHB)对延怀盆地中科院遥感试验站内的侧柏人工林样木进行为期1年的定点连续观测。结果表明:侧柏液流速率(F)与冠层地表组分温度(Tc和Ts)及冠地组分温差(ΔT)具有明显的周期性日变化、昼夜变化、季节变化规律,并受天气状况的影响呈现不同的变化规律;液流速率(F)与组分温差(ΔT)在瞬时尺度、日尺度、旬尺度下具有明显的负相关性;拟合结果优于传统的冠气温差法,摆脱了对地面气象站的依赖;一年中侧柏累计液流通量(F_(acc))呈线性递增。研究为通过遥感反演组分温差进行区域植被蒸腾耗水量估计和监测提供了新了思路和方法。

基于三维模型ENVI-met对黑河森林和北方森林的潜热及显热通量模拟

在非均匀混合场景下模拟区域能量,三维小气候模型比一维模型考虑因素更为全面,但三维模型较复杂,研究甚少。为探究三维模型在混合像元场景中的通量模拟能力,以ENVI-met模型为例,以黑河关滩森林和加拿大北方森林为实验区,比较森林通量模拟值和实测值的季节性和日变化差异,并模拟森林三维空间结构对通量分布的敏感性。结果表明:(1)模型在春季、夏季、秋季模拟拟合度(R^2)分别为0.75,0.76,0.55。模拟显热通量、潜热通量日变化符合实测趋势,日平均实测值与模拟值之差均不超过10.0%。模型对显热通量、潜热通量和太阳短波辐射模拟精度分别为0.68,0.63,0.80。(2)模拟总体能量闭合率(EBR)达92.9%,模型对气象参数微小变动不敏感,较为稳定。(3)自然参数不变场景下,团状分布通量值大于均匀分布,变化幅度剧烈,且显热通量对空间异质性较潜热通量更为敏感。研究结果肯定了ENVI-met模型模拟通量具有较好精度,且能够反映出森林空间分布格局在通量分配上的影响,为研究区域气候变化提供了有效手段。

耦合ENVI-met与RAPID模型模拟3维异质植被场景亮温分布

遥感地表温度产品(LST)对陆面过程和全球与区域气候变化研究具有重要价值。但是当前卫星遥感观测到的地表温度分辨率较粗,多为混合像元,有明显的角度效应和时空变化特征,严重影响陆面过程等研究的应用精度。为定量评估3维异质性场景对亮度温度分布的影响,本文基于再分析资料,耦合3维小气候模型ENVI-met和3维热辐射传输模型RAPID,开展了地表3维温度场的模拟。研究以全球数值预报产品NCEP来提供ENVI-met所需的边界条件,分别进行了异质性植被场景的亮温水平分布和热辐射方向性模拟试验。在水平分布模拟研究中,基于机载G-LiHT数据(光学影像、激光雷达数据、LST产品)提供3维场景构建输入参数和温度场验证数据,并以美国某湿地区域的6个不同异质性场景为例进行了模拟与验证;在热辐射方向性的模拟研究中,基于机载WiDAS多角度多光谱数据构建了3维场景,并以黑河地区的2个异质性场景为例进行了模拟与验证。结果显示:(1)星下点亮温模拟值在水平分布上与G-LiHT的LST亮温值较为接近(标准误差RMSE为1.1 K),说明耦合模型能有效模拟不同空间异质性下的亮温分布。其中,裸土模拟误差最大(2.31 K),两种行播作物方向的模拟误差均小于1.2 K,道路宽度对模拟结果有影响(约为1 K);(2)耦合模型的多角度模拟结果与方向性亮温随视角的变化规律相一致,但变化速率和大小存在着差异。本文的模拟方法可以用于预测卫星过境时刻地表的热辐射方向性。