2025-07-29
2025-05-30
2024-11-19
近日，在国家重点研发计划“高分辨率极区冰冻圈主被动微波探测技术“项目和中国科学院科研仪器设备研制项目“空基主被动冰川探测仪“的支持下，中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室朱迪研究员团队于2024年11月在我国昆仑山脉古里雅冰川开展了航空飞行试验，成功获取了昆仑山脉古里雅冰川的机载高分辨率三维冰川厚度、冰底地形图和冰表地形图，标志着我国在山岳冰川透视探测领域取得了重要进展。试验中，空间中心自主研发的双频超宽带航空冰川雷达首次获取了优于0.5米垂直分辨率的冰川透视探测数据。通过与已有古里雅冰川透底冰芯资料的对比分析，双频超宽带航空冰川雷达在300m冰厚下，测量值与冰芯仅误差0.08m。在对试验获取的水平相距200m，垂直分布的21条测线数据进行插值处理后，科研人员成功绘制出了古里雅冰川的三维冰川厚度图、冰底地形图和冰表地形图。图1 古里雅冰川厚度地形图图2 古里雅冰川底部地形图图3 古里雅冰川表面地形图图1冰川厚度图清晰地呈现了冰川的厚度分布情况。数据显示，古里雅冰川最厚处约为370米，位于（81.46°E ，35.24°N）。值得注意的是，这一位置与1992年和2015年古里亚冰川科考的地面探测结果高度吻合。通过冰川厚度分布图，可以准确计算古里雅冰川的储量和变化情况，为冰川物质平衡研究提供了宝贵的数据支持。在探测精度方面，科研团队使用冰芯附近的多航线散射回波进行二维插值计算得到冰芯位置的冰深为309.81米，与2015年古里雅高原冰芯钻取长度309.73米仅相差0.08米，验证了此次探测工作的精度和准确性。图2冰川底地形图则揭示了冰下山脉的位置和走向。科研团队发现，冰川厚冰区域对应于冰底地形为山谷区域，这与山岳冰川的累积形成机理相吻合。以冰芯位置为中心，分布着四座山峰。其中，冰芯东西两侧约1千米的两座山峰位置和深度分别为（81.47°E ，35.23°N），距冰表大约100米，和（81.47°E ，35.24°N），距冰表大约130米；冰芯南北两侧相距约3千米处有两座山峰，位置和深度分别为（81.45°E ，35.24°N），距冰表大约40米，和（81.49°E ，35.23°N）。值得注意的是，这两座山峰超出了冰表，但由于相距较远，中间有一段较为平坦的厚冰区域。图3冰川表面海拔地形图显示，尽管古里雅冰川是平顶冰川，但其冰表地形仍存在一定的起伏。根据航空冰雷达优于0.5米的垂直分辨率，机载惯导和GPS设备的定位能力，将有助于监测和估计冰川的消融过程。此次航空冰川透视探测试验的成功开展，不仅为古里雅冰川研究提供了宝贵资料，丰富了我国冰川的透视探测数据集，还完善了山岳冰川多频段辐射传输模型。科研团队表示，如果这一冰川探测方法能够推广，将极大提高我国冰川储量的探测精度和冰下环境参数的获取能力。展望未来，科研团队计划基于试验数据发展冰川的运动模型、冰川储量模型、分层冰温模型等，这些探测数据和反演模型将为南北极冰川/海冰探测、星载冰冻圈探测提供数据支撑和模型基础。
2025-09-09
近日，中国科学院国家空间科学中心微波遥感重点实验室雷洋研究员带领团队在国际遥感领域刊物《环境遥感》（Remote Sensing of Environment）上发表最新研究成果，该团队在国际上首次利用星载 L 波段双站单极化、单基线雷达干涉测量技术，实现了多个森林垂直结构信息的同步反演（森林三维垂直剖面、林下地形、树高）。图 1 国产L波段雷达干涉卫星陆探1号双站模式在众多参数中，森林高度作为核心指标，与森林地上生物量存在显著关联。因为，科学界长期期望能在中高空间分辨率（<100 米）上直接获取森林生物物理参数（如高度与生物量）的量值及空间分布。该尺度既可解析热带森林的异质性特征，亦可监测森林干扰动态。而星载L波段双站合成孔径雷达(SAR)干涉测量被广泛认为是一项有潜力实现上述目标的技术，但通常要获得森林三维垂直结构信息（例如森林垂直结构剖面、林下地形、树高等）需要多种极化、多组基线才能实现。这对卫星载荷资源的要求较高，而国内外相关的双站干涉雷达卫星（如德国宇航中心的TanDEM-X、中国的陆探1号）均主要采用单基线和单极化观测模式，这在不同程度上制约了其在林业方面的应用。雷洋团队在研究中以我国海南岛的热带雨林为研究区域，重点聚焦海南热带雨林国家公园。这里拥有丰富的生物多样性，生长着热带雨林、亚热带常绿林等多种植被类型，是研究森林生态系统的理想场所。研究团队借助中国陆探1号卫星任务所获取的星载 L 波段双站雷达干涉（InSAR）数据，采用小视数干涉相位高度直方图方法来获取森林垂直结构剖面。测量得到的小视数干涉相位高度直方图与激光雷达波形高度吻合，均捕捉到了森林垂直结构剖面的相似特征。图 2 星载激光雷达波形与陆探1号森林垂直剖面对比图 3 陆探1号生成的海南尖峰岭区域森林三维垂直剖面产品图 4 本研究技术流程图为了更好地进行校准，团队进一步改进了基于小视数干涉相位高度直方图的林下地形估计方法，整合了美国宇航局（NASA）的全球生态系统动态调查激光雷达（GEDI）和冰、云和陆地高程卫星2号/高级地形激光高度计系统（ICESat-2/ATLAS）的两个星载激光雷达测量数据用做校准。在数字地形模型（DTM）估计方面，研究团队开发了两种地形估计策略：一种是利用充足的星载激光雷达样本（以激光雷达高度为特征），另一种是利用有限的星载激光雷达样本（以小视数雷达干涉相位高度标准差为特征），这两种策略均依赖于将地形高程与小视数干涉相位高度直方图统计特征相关联的统计回归模型。随后，团队利用类似从激光雷达波形导出高度指标的方法，直接从小视数干涉相位高度直方图反演得到了森林高度。最终，生成了覆盖中国海南岛整个热带雨林地区、总面积达 2.74万平方公里的大规模林下地形和森林高度分布图。图 5 陆探1号生成的海南森林高度产品（10 m分辨率）图 6 陆探1号生成的海南林下地形产品（10 m分辨率）经过与机载激光雷达数据验证，对于高度在 45 米的热带森林，其高度估计精度约为 5 米，相对误差在 10% - 15% 之间。而干涉技术估计的林下地形DTM 与机载激光雷达 DTM 相比，偏差可忽略不计，其不确定性（中位数绝对偏差或 MAD）取决于地形表面坡度：坡度小于 2° 时为 3 米，2° - 6° 时为 4 米，6° - 25° 时为 7 米，大于 25° 时为 9 米，均符合我国地形测绘的行业应用标准。相比多极化、多基线星载或机载观测方案，本研究方法为全球森林监测提供了成本效益高的替代方案。研究为结合国产星载 L 波段双站雷达干涉数据（如陆探1号及其后续任务）的升降轨观测，进行大规模森林三维垂直结构剖面、高度指标、生物量、林下地形以及这些森林参数变化的全面测绘开辟了新的道路，对森林碳储量估计、森林资源变化监测、生态环境保护和生物多样性研究具有重要意义。这项研究由中国科学院国家空间科学中心牵头，国家林业和草原局林草调查规划院、中南大学地球科学与信息物理学院、武汉大学资源与环境科学学院、海南大学三亚南繁研究院、自然资源部国土卫星遥感应用中心、中国科学院地理科学与资源研究所等多家单位的学者共同参与，合作完成。研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.114916（供稿：微波室）原文链接：为森林碳储量估计等提供新方法 我国科学家实现了森林三维垂直结构信息反演
2025-07-30
