高时空分辨率叶面积指数遥感估算

研究背景
• 为研究LAI时空变化规律提供了很好 的数据源，在一定程度上满足了应用 需求，尤其在大区域或全球尺度
• 产品空间分辨率低，限制了其在破碎 化、异质区域植被变化分析的应用
• 生态模型需求
• 面向实际应用，开展高空间分辨率、 时空一致性较高的LAI遥感反演
研究背景
传统遥感反演：基于瞬时观测，反演结果时间不连续 限制了其在具有时间连续性特点的研究中应用
讨论
EnKF
EnKS
遥感观测
讨论
高质量遥感反射率数据对时序LAI反演的影响
讨论
高质量遥感反射率数据对时序LAI反演的影响
与其它方法的比较
讨论
Fusion of 500m+30m obs.
生态模型
展望
多时空尺度LAI 高时空分辨率LAI
尺度效应 地形影响
寻找合适的辅助信息
时间序列LAI遥感反演结果
生态模型
遥感观测
数据同化技术
宏观监测 植被动态生长 时空连续
研究背景
MODIS LAI + 30 m分辨率遥感数据
Qu et al., IEEE JSTARS, 2014
研究方法
遥感数据： MODIS (500m、250m)、Landsat
生态模型：经验性LAI动态模型 同化方法：EnKS 输出：多空间尺度LAI动态
模型
遥感
模拟
反演
参与 约束 补充
参量在观测时刻和所 代表空间上的“真值”
基于瞬间遥感数据、 时间不连续
“病态”反演 反演不确定性
研究背景
遥感成像过程 地物BRDF特性
模型化
R f a,b,c,d,e
辐射源大气层地球表面大气层探测器
定量遥感
构建模型，定量提取大气、地表参数(如LAI)
研究背景
产品名称
高时空分辨率LAI
时序LAI动态降尺度流程
AGRO
KONZ
HARV
某空间尺度数据同化过程
DOY 193
DOY 201
研究结果
DOY 209
DOY 217
DOY 225
DOY 233
MODIS LAI
500 m
250 m
30 m
AGRO site
研究结果
DOY 193
DOY 201
DOY 209
DOY 217
1982~2017年 1998年至今
1/11.2°（赤道处为10km） 全球
1/120°
Baidu Nhomakorabea
全球
1km、5km（1999年以前） 全球
1km
加拿大区域
(Fang et al., 2013)
研究背景
LAI
遥
感
产
品
• 遥遥感感产产品品在在空空间间和和时时间间上上不不完完整整
验
•LA遥I产感品产反品
演反精演度精有度
山区：地形复杂、空间异质性高
产品：空间分辨率粗、反演算法常忽略地形影响
研究背景
已有遥感产品难以满足山区异质地表研究需求
• 遥感产品质量易受复杂地形影响
• 山区不同产品间季相表征差异显著
• 产品在山区的验证精度不如平坦地区
高 分 辨 率 反 演 结 果 产 品 精 度 验 证 结 果
• 遥感产品数值大小易受地形影响
证
待有提待高提高
现
状
•不同不L同AI遥遥感感产产品品的间时时间间序序列列显变著差化异 存在显著差异 (Fang et al., 2013; Jiang et al., 2017;
Xu et al., 2018; Garrigues et al., 2008)
当前遥感产品的验证主要针对均匀地表展开，复杂山区鲜有涉及
高时空分辨率叶面积指数遥感估算
报告提纲
研究背景 研究方法 研究结果 讨论 展望
研究背景
叶面积指数（Leaf Area Index, LAI ）是陆地生态系统中表征植被冠层结构特征和 生物物理变化的关键参数，直接影响到植被的光合、蒸腾作用效率和能量平衡状 态，其通常定义为单位地表面积上叶子表面积总和的一半(Chen 和 Black，1992)。 监测全球或区域尺度LAI的时空变化对了解陆面过程和植被长势变化具有重要的指 导作用。
长势监测
植被物候
结构参数 LAI
碳水循环
输入
遥感数据
生物量
固碳潜力
生态 (作物) 模型
生态环境 评价
LAI获取手段
研究背景
地面“真值” 费时、费力、效率低 空间代表性差
内在的物理过程和动 力学机制
参量在时间和空间上 的连续演进
模型未臻完美 模拟不确定性
参与 地面实测 参与
控制
控制
验证
验证
生叶指态面数参积量
Jin Huaan, Li Ainong, Bian Jinhu, et al. Int. J. Appl. Earth Obs., 2017.
Jin H, et al., 2017; Jin H, et al., 2013; 杨勇帅等, 2016.
全球遥感产品-LAI
• 平滑 • 插值 • gap filling •…
DOY 225
DOY 233
MODIS LAI
500 m
250 m
30 m
KONZ site
研究结果
DOY 193
DOY 201
DOY 209
DOY 217
DOY 225
DOY 233
MODIS LAI
500 m
250 m
30 m
HARV site
研究结果
精度验证
时间序列变化
ENKS同化算法表现
全球与区域主要LAI产品
可获取数据时间 空间分辨率
产品区域
MODIS LAI
2000至今
1km、500m
全球
CYCLOPES LAI
1999~2007年
1/112°（赤道处为1km） 全球
GLOBCARBON LAI 1998~2007年
ECOCLIMAP LAI GLASS LAI CCRS LAI