中國網/中國發展門戶網訊 近日，中國科學院空天信息創新研究院（空天院）聯合中國科學院國家空間科學中心（空間中心）、國家林業和草原局林草調查規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合試驗”的重要組成部分。

航空遙感系統國家重大科技基礎設施與試驗人員

灤河作為海河流域的重要河流，是京津冀地區的“水龍頭”，對京津冀地區的生態支撐和水源涵養至關重要。灤河流域是由山地、河流、森林、農田、湖泊、草地、沙地等諸多要素構成的復雜生態系統，是探索多要素遙感機理、創新多源遙感方法、驗證先進遙感技術的理想場所。

空天院遙感與數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系統水分平衡的理解，迫切需要發展能夠在更大空間尺度上進行觀測的現代技術手段。”

據了解，本次透視遙感試驗主要是利用微波技術，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同觀測，這是一種透視觀測的技術，就像醫生通過使用CT掃描診斷人體內部病情一樣。研究人員可以深入觀察植物內部的水分狀態和分布，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，還能揭示生態系統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和運行的國家重大科技基礎設施——航空遙感系統搭載的三頻段（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：“航空遙感系統是以國產中型飛行平臺——新舟60飛機為基礎、綜合集成六種對地觀測窗口的國家級航空遙感系統，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真實孔徑微波輻射計的機械掃描成像方式，相比傳統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部的含水量。這也標志著我國的航空遙感系統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、多光譜相機等設備，進行了更精細尺度的協同觀測。同時，在地面關鍵樣區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、地基微波輻射計協同觀測

據悉，本次試驗獲取的天空地一體化數據，將用于發展和檢驗時空多尺度的土壤水分、植被水分、植被水勢、大氣水汽和蒸散發等陸地水循環關鍵參量的智慧化遙感方法，進而通過空天技術手段捕捉植物內部的水分狀態變化，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系。這項工作將為陸地水資源衛星、海洋鹽度探測衛星等國產衛星的新型載荷觀測數據處理和創新應用提供技術支撐，為評估“森林是水庫”的生態服務功能，進一步提升森林的土壤儲水量和水分生產力，增加水資源的涵養和調蓄能力提供科學依據。