8月1日，中国科学院空天信息创新研究院（以下简称空天院）发布消息称，国家重大科技基础设施——航空遥感系统近日成功在河北省塞罕坝机械林场、御道口牧场等地开展“植被与土壤的水分遥感试验”。这是国际上首次基于航空平台开展土壤—植被—大气的水分透视遥感试验。该试验是中国科学院国家空间科学中心牵头组织的滦河流域天空地多尺度遥感联合试验的重要组成部分。
航空遥感系统国家重大科技基础设施与试验人员
滦河作为海河流域的重要河流，是京津冀地区的“水龙头”。滦河流域是由山地、河流、森林、农田、湖泊、草地、沙地等诸多要素构成的复杂生态系统，是探索多要素遥感机理、创新多源遥感方法、验证先进遥感技术的理想场所。
“植被在陆地-大气间的水分传输中扮演着重要角色，不仅是陆地水资源的蓄水池，也是大自然的抽水机。”空天院遥感与数字地球重点实验室主任胡斯勒图研究员说，传统上，土壤-植被-大气的水分传输研究局限于微观的某一个点，这限制了我们对整个生态系统水分平衡的理解，因此迫切需要发展能够在更大空间尺度上进行观测的现代技术手段，透视遥感就是一个很好的选择。
土壤-植被-大气连续体水分传输透视遥感原理
本次透视遥感试验主要利用微波技术，微波的波长比可见光和热红外波长更长，具有很强的穿透能力，可以穿过云层和植被，即使在夜间和阴雨天也能正常工作。同时，不同波段的微波与植被的不同部位有着不同的相互作用机制，比如长波段更能深入观测到植被的茎干部分，而短波段则更适合观测植被的冠层和叶片。
“此次遥感试验采用了从L波段至Ka波段的多通道微波协同观测，这是一种透视观测的技术，就像医生通过使用CT扫描诊断人体内部病情一样。研究人员可以深入观察植物内部的水分状态和分布，详细解析从土壤到植被茎干再到冠层和大气的整个水分传输过程。”空天院遥感与数字地球重点实验室研究员赵天杰说，这不仅有助于我们从植物生理过程深入理解植被的生长与死亡机制，还能揭示生态系统如何应对水分胁迫的变化。
此次，科研团队利用航空遥感系统搭载的三频段（L/S/C）多角度成像微波辐射计、三频段（Ku/K/Ka）全极化扫描微波辐射计、机载激光扫描仪系统以及全谱段高光谱成像仪4种航空载荷，对塞罕坝、御道口等地的森林、农田和草地等实施了精准观测。
同时，科研人员还使用无人机搭载微波辐射计、热红外成像仪、多光谱相机等设备，进行了更精细尺度的协同观测。
无人机、地基微波辐射计协同观测
本次试验获取的数据，将用于发展和检验时空多尺度的土壤水分、植被水分、植被水势、大气水汽和蒸散发等陆地水循环关键参量的智慧化遥感方法，进而通过空天技术手段捕捉植物内部的水分状态变化，理解土壤水分供应和大气水分需求之间的复杂相互作用。这项工作将为陆地水资源卫星、海洋盐度探测卫星等国产卫星的新型载荷观测数据处理和创新应用提供技术支撑，为评估“森林是水库”的生态服务功能，进一步提升森林的土壤储水量和水分生产力，增加水资源的涵养和调蓄能力提供科学依据。
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