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）
附件下载：
