近日，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高分辨率極區(qū)冰凍圈主被動(dòng)微波探測(cè)技術(shù)“項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目“空基主被動(dòng)冰川探測(cè)儀“的支持下，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱迪研究員團(tuán)隊(duì)于2024年11月在我國(guó)昆侖山脈古里雅冰川開(kāi)展了航空飛行試驗(yàn)，成功獲取了昆侖山脈古里雅冰川的機(jī)載高分辨率三維冰川厚度、冰底地形圖和冰表地形圖，標(biāo)志著我國(guó)在山岳冰川透視探測(cè)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。試驗(yàn)中，空間中心自主研發(fā)的雙頻超寬帶航空冰川雷達(dá)首次獲取了優(yōu)于0.5米垂直分辨率的冰川透視探測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)與已有古里雅冰川透底冰芯資料的對(duì)比分析，雙頻超寬帶航空冰川雷達(dá)在300m冰厚下，測(cè)量值與冰芯僅誤差0.08m。在對(duì)試驗(yàn)獲取的水平相距200m，垂直分布的21條測(cè)線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理后，科研人員成功繪制出了古里雅冰川的三維冰川厚度圖、冰底地形圖和冰表地形圖。圖1 古里雅冰川厚度地形圖圖2 古里雅冰川底部地形圖圖3 古里雅冰川表面地形圖圖1冰川厚度圖清晰地呈現(xiàn)了冰川的厚度分布情況。數(shù)據(jù)顯示，古里雅冰川最厚處約為370米，位于（81.46°E ，35.24°N）。值得注意的是，這一位置與1992年和2015年古里亞冰川科考的地面探測(cè)結(jié)果高度吻合。通過(guò)冰川厚度分布圖，可以準(zhǔn)確計(jì)算古里雅冰川的儲(chǔ)量和變化情況，為冰川物質(zhì)平衡研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。在探測(cè)精度方面，科研團(tuán)隊(duì)使用冰芯附近的多航線(xiàn)散射回波進(jìn)行二維插值計(jì)算得到冰芯位置的冰深為309.81米，與2015年古里雅高原冰芯鉆取長(zhǎng)度309.73米僅相差0.08米，驗(yàn)證了此次探測(cè)工作的精度和準(zhǔn)確性。圖2冰川底地形圖則揭示了冰下山脈的位置和走向?？蒲袌F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，冰川厚冰區(qū)域?qū)?yīng)于冰底地形為山谷區(qū)域，這與山岳冰川的累積形成機(jī)理相吻合。以冰芯位置為中心，分布著四座山峰。其中，冰芯東西兩側(cè)約1千米的兩座山峰位置和深度分別為（81.47°E ，35.23°N），距冰表大約100米，和（81.47°E ，35.24°N），距冰表大約130米；冰芯南北兩側(cè)相距約3千米處有兩座山峰，位置和深度分別為（81.45°E ，35.24°N），距冰表大約40米，和（81.49°E ，35.23°N）。值得注意的是，這兩座山峰超出了冰表，但由于相距較遠(yuǎn)，中間有一段較為平坦的厚冰區(qū)域。圖3冰川表面海拔地形圖顯示，盡管古里雅冰川是平頂冰川，但其冰表地形仍存在一定的起伏。根據(jù)航空冰雷達(dá)優(yōu)于0.5米的垂直分辨率，機(jī)載慣導(dǎo)和GPS設(shè)備的定位能力，將有助于監(jiān)測(cè)和估計(jì)冰川的消融過(guò)程。此次航空冰川透視探測(cè)試驗(yàn)的成功開(kāi)展，不僅為古里雅冰川研究提供了寶貴資料，豐富了我國(guó)冰川的透視探測(cè)數(shù)據(jù)集，還完善了山岳冰川多頻段輻射傳輸模型?？蒲袌F(tuán)隊(duì)表示，如果這一冰川探測(cè)方法能夠推廣，將極大提高我國(guó)冰川儲(chǔ)量的探測(cè)精度和冰下環(huán)境參數(shù)的獲取能力。展望未來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)計(jì)劃基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展冰川的運(yùn)動(dòng)模型、冰川儲(chǔ)量模型、分層冰溫模型等，這些探測(cè)數(shù)據(jù)和反演模型將為南北極冰川/海冰探測(cè)、星載冰凍圈探測(cè)提供數(shù)據(jù)支撐和模型基礎(chǔ)。
2025-09-09
近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心微波遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室雷洋研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際遙感領(lǐng)域刊物《環(huán)境遙感》（Remote Sensing of Environment）上發(fā)表最新研究成果，該團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次利用星載 L 波段雙站單極化、單基線(xiàn)雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)森林垂直結(jié)構(gòu)信息的同步反演（森林三維垂直剖面、林下地形、樹(shù)高）。圖 1 國(guó)產(chǎn)L波段雷達(dá)干涉衛(wèi)星陸探1號(hào)雙站模式在眾多參數(shù)中，森林高度作為核心指標(biāo)，與森林地上生物量存在顯著關(guān)聯(lián)。因?yàn)?，科學(xué)界長(zhǎng)期期望能在中高空間分辨率（<100 米）上直接獲取森林生物物理參數(shù)（如高度與生物量）的量值及空間分布。該尺度既可解析熱帶森林的異質(zhì)性特征，亦可監(jiān)測(cè)森林干擾動(dòng)態(tài)。而星載L波段雙站合成孔徑雷達(dá)(SAR)干涉測(cè)量被廣泛認(rèn)為是一項(xiàng)有潛力實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的技術(shù)，但通常要獲得森林三維垂直結(jié)構(gòu)信息（例如森林垂直結(jié)構(gòu)剖面、林下地形、樹(shù)高等）需要多種極化、多組基線(xiàn)才能實(shí)現(xiàn)。這對(duì)衛(wèi)星載荷資源的要求較高，而國(guó)內(nèi)外相關(guān)的雙站干涉雷達(dá)衛(wèi)星（如德國(guó)宇航中心的TanDEM-X、中國(guó)的陸探1號(hào)）均主要采用單基線(xiàn)和單極化觀(guān)測(cè)模式，這在不同程度上制約了其在林業(yè)方面的應(yīng)用。雷洋團(tuán)隊(duì)在研究中以我國(guó)海南島的熱帶雨林為研究區(qū)域，重點(diǎn)聚焦海南熱帶雨林國(guó)家公園。這里擁有豐富的生物多樣性，生長(zhǎng)著熱帶雨林、亞熱帶常綠林等多種植被類(lèi)型，是研究森林生態(tài)系統(tǒng)的理想場(chǎng)所。研究團(tuán)隊(duì)借助中國(guó)陸探1號(hào)衛(wèi)星任務(wù)所獲取的星載 L 波段雙站雷達(dá)干涉（InSAR）數(shù)據(jù)，采用小視數(shù)干涉相位高度直方圖方法來(lái)獲取森林垂直結(jié)構(gòu)剖面。測(cè)量得到的小視數(shù)干涉相位高度直方圖與激光雷達(dá)波形高度吻合，均捕捉到了森林垂直結(jié)構(gòu)剖面的相似特征。圖 2 星載激光雷達(dá)波形與陸探1號(hào)森林垂直剖面對(duì)比圖 3 陸探1號(hào)生成的海南尖峰嶺區(qū)域森林三維垂直剖面產(chǎn)品圖 4 本研究技術(shù)流程圖為了更好地進(jìn)行校準(zhǔn)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步改進(jìn)了基于小視數(shù)干涉相位高度直方圖的林下地形估計(jì)方法，整合了美國(guó)宇航局（NASA）的全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)查激光雷達(dá)（GEDI）和冰、云和陸地高程衛(wèi)星2號(hào)/高級(jí)地形激光高度計(jì)系統(tǒng)（ICESat-2/ATLAS）的兩個(gè)星載激光雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)用做校準(zhǔn)。在數(shù)字地形模型（DTM）估計(jì)方面，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩種地形估計(jì)策略：一種是利用充足的星載激光雷達(dá)樣本（以激光雷達(dá)高度為特征），另一種是利用有限的星載激光雷達(dá)樣本（以小視數(shù)雷達(dá)干涉相位高度標(biāo)準(zhǔn)差為特征），這兩種策略均依賴(lài)于將地形高程與小視數(shù)干涉相位高度直方圖統(tǒng)計(jì)特征相關(guān)聯(lián)的統(tǒng)計(jì)回歸模型。隨后，團(tuán)隊(duì)利用類(lèi)似從激光雷達(dá)波形導(dǎo)出高度指標(biāo)的方法，直接從小視數(shù)干涉相位高度直方圖反演得到了森林高度。最終，生成了覆蓋中國(guó)海南島整個(gè)熱帶雨林地區(qū)、總面積達(dá) 2.74萬(wàn)平方公里的大規(guī)模林下地形和森林高度分布圖。圖 5 陸探1號(hào)生成的海南森林高度產(chǎn)品（10 m分辨率）圖 6 陸探1號(hào)生成的海南林下地形產(chǎn)品（10 m分辨率）經(jīng)過(guò)與機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，對(duì)于高度在 45 米的熱帶森林，其高度估計(jì)精度約為 5 米，相對(duì)誤差在 10% - 15% 之間。而干涉技術(shù)估計(jì)的林下地形DTM 與機(jī)載激光雷達(dá) DTM 相比，偏差可忽略不計(jì)，其不確定性（中位數(shù)絕對(duì)偏差或 MAD）取決于地形表面坡度：坡度小于 2° 時(shí)為 3 米，2° - 6° 時(shí)為 4 米，6° - 25° 時(shí)為 7 米，大于 25° 時(shí)為 9 米，均符合我國(guó)地形測(cè)繪的行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。相比多極化、多基線(xiàn)星載或機(jī)載觀(guān)測(cè)方案，本研究方法為全球森林監(jiān)測(cè)提供了成本效益高的替代方案。研究為結(jié)合國(guó)產(chǎn)星載 L 波段雙站雷達(dá)干涉數(shù)據(jù)（如陸探1號(hào)及其后續(xù)任務(wù)）的升降軌觀(guān)測(cè)，進(jìn)行大規(guī)模森林三維垂直結(jié)構(gòu)剖面、高度指標(biāo)、生物量、林下地形以及這些森林參數(shù)變化的全面測(cè)繪開(kāi)辟了新的道路，對(duì)森林碳儲(chǔ)量估計(jì)、森林資源變化監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生物多樣性研究具有重要意義。這項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心牽頭，國(guó)家林業(yè)和草原局林草調(diào)查規(guī)劃院、中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院、武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院、海南大學(xué)三亞南繁研究院、自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所等多家單位的學(xué)者共同參與，合作完成。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.114916（供稿：微波室）原文鏈接：為森林碳儲(chǔ)量估計(jì)等提供新方法??我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了森林三維垂直結(jié)構(gòu)信息反演
2025-07-30
