光学与雷达遥感数据联合反演森林生物量方法研究

摘要

森林是陆地生态系统的重要组成部分，对人类生存有着十分重要的意义。其中，森林生物量不仅是生态系统生产力重要的评估指标，也是反映森林生态环境的重要因子。同时，森林生物量在全球碳循环、水循环和能量循环中也起到了重要的作用。由于遥感技术具备快速、准确、对目标无破坏性并能进行宏观监测的优势，使其为大尺度森林生物量的估测和高时间分辨率的动态变化研究提供了便捷的途径。同时，不同类型遥感数据记录着森林不同层面信息。随着遥感数据的多源化发展，人们将微波数据、光学数据和激光雷达数据有效地结合使用，实现对森林生物量及其他森林结构参数的估算，具有重大的研究空间与发展潜力。
　　本文围绕实现落叶松地上生物量估算，针对大兴安岭根河地区平缓山地地貌环境，探讨了融合L波段ALOS/PALSAR微波雷达数据与多光谱TM数据对根河地区落叶松地上生物量与冠层高度估算的可行性，实现了利用森林三维相干雷达散射模型对生物量和其他森林参数的估算。研究结果表明，在物理机理模型基础上，融合微波与光学遥感数据对森林生物量的估算可以充分发挥多源遥感数据的优势，具有一定的适用性。本研究取得的主要成果与结论如下：
　　1.多光谱遥感数据对森林植被冠层水平信息的获取具有一定的优势，利用Landsat5/TM数据实现对研究区森林叶面积指数的估算。TM多光谱数据提取得到NDVI,SAVI,MSAVI,RDVI,MCARI等植被指数，提出采用最小二乘法构建估算该森林地区最佳LAI估算模型，通过对比其他方法的估算结果发现，该方法在一定程度上提高了估算精度。
　　2.基于EFAST算法对PolSARproSIM雷达散射模型复杂的输入参数进行全局敏感性分析，强化了对雷达模型的认识并简化了复杂的输入参数。对于PALSAR传感器(1.27GHz)而言，雷达模型的敏感性输入参数主要是卫星入射角、树木高度、林分密度和地表粗糙度，总的敏感性指数均大于0.1。
　　3.基于光学遥感数据提取的森林冠层结构信息(LAI)与样地实测数据，实现了对PolSARproSIM模型进行本地化。模型模拟与实际森林场景相符合，利用模拟得到后向散射系数、模型模拟的生物量与模型的不同后向散射机制对模型本地化过程进行模拟与验证，结果表明雷达模型可用于研究区模拟。
　　4.基于PolSARproSIM模型模拟的后向散射系数，建立有关森林生物量参数查找表，同时构建生物量和树木冠层高度的估算方法，分析发现冠层树木高度与生物量的相关系数达到0.826，回归模型的确定系数R2达到0.827；利用模型估算得到的冠层高度(RMSE=2.34m,MBE=1.82m)间接估算生物量，能够在一定程度上提高了生物量的估算精度(RMSE=24.67 t/ha,MBE=20.05 t/ha)。

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第一章 绪 论

1.1 选题依据与研究意义

1.2 国内外研究现状和发展态势

1.3 本论文的研究内容

1.4 本论文结构安排

第二章 雷达遥感基础及影响分析

2.1 雷达遥感基础

2.2 雷达回波信号影响因素

2.3 本章小结

第三章 研究区概况与数据介绍

3.1 研究区概况

3.2 研究区数据

3.3 数据分析

3.4 本章小结

第四章 雷达散射模型及其验证

4.1 PolSARproSIM模型

4.2 PolSARproSIM模型敏感性分析

4.3 PolSARproSIM模型本地化

4.4 基于多光谱数据冠层参数获取

4.5 模型模拟与验证

4.6 本章小结

第五章 森林生物量遥感估算方法

5.1 研究区落叶松林分密度

5.2 基于查找表树木冠层高度估算

5.3 落叶松地上生物量估算模型

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 内容与结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

硕士期间科研与文章发表情况