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张英慧、方红亮等提出利用GPS卫星信号载噪声比来估算植被叶面积指数和聚集指数的新方法

文章来源:  |  发布时间:2019-11-26  |  【打印】 【关闭

  

  植被叶面积指数(leaf area index, LAI)是指单位陆地表面上的绿叶面积大小,植被聚集指数(clumping index, CI)则表征植被冠层中叶子的随机和聚集分布情况。叶面积指数和聚集指数是植被生态过程模型中的重要参数,二者的大小直接影响植被冠层对入射光和降水的截获能力。 

    

  目前叶面积指数与聚集指数的地面实测方法通常包括破坏法、光学仪器测量方法以及激光雷达等方法。这些方法比较费时费力,而且对大气状况比较敏感,容易受天气和太阳光照条件的影响。 

    

  全球定位系统(GPS)卫星信号在L波段(L1:1.575 GHz,L2:1.227 GHz)传输,受大气及天气状况影响较小,但受森林冠层的影响很大,会给信号带来很大噪声。 GPS信号的噪声强度通常由载噪比(C/N0)来表示。载噪比是指GPS信号载波功率与噪声功率密度的比值,一般可以通过GPS接收器和智能手机来获取。 

    

  中国科学院地理科学与资源研究所博士研究生张英慧和导师方红亮研究员等开展了利用GPS 卫星信号载噪声比来估算植被叶面积指数与聚集指数的探索研究。他们在塞罕坝国家森林公园与江山娇试验林场,利用鱼眼相机获得森林叶面积指数和聚集指数等结构参数,同时利用安卓手机APP GPSTest记录GPS卫星信号载噪比和卫星高度角等参数进行分析。 

    

   结果表明,LAI和CI与C/N0具有明显的线性负相关关系。对卫星高度角进行校正后,可以利用C/N0实现对叶面积指数及聚集指数的估算(R2>0.8)。该项研究为森林冠层结构参数的估算提供了一个新的思路和途径。 

    

  该研究获得了国家自然科学基金(41531174,41471295) 和“十三五”国家重点研发计划(2016YFA0600201)的支持。 

    

相关研究论文: 

    

  Zhang Y., Fang, H., Ma, L., Ye, Y., and Wang Y., 2020. Estimation of forest leaf area index and clumping index from the Global Positioning System (GPS) satellite carrier-to-noise-density ratio (C/N0). Remote Sensing Letters, 11(2): 146-155.  https://doi.org/10.1080/2150704X.2019.1692386.