遥感技术估算森林生物量的研究进展

遥感技术估算森林生物量的研究进展内容摘要：

第 ３７ 卷 第 ６ 期 ２０１２ 年 ６ 月 武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版 Ｇｅ ｏｍａ ｔ ｉ ｃ ｓａｎｄＩ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅｏ ｆＷｕｈａｎＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ 文章编号： １６７１  ８８６０（ ２０１２） ０６  ０６３１  ０５ Ｖｏ ｌ． ３７Ｎｏ． ６ Ｊｕｎｅ２０１２ 文献标志码： Ａ 遥感技术估算森林生物量的研究进展 李德仁１　 王长委１，２　 胡月明２　 刘曙光３ （ １　 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路 １２９ 号， ４３００７９） （ ２　 华南农业大学信息学院，广州市五山路 ４８６ 号， ５１００６１） （ ３　 美国地质勘探局地球资源观测和科学数据中心，美国苏福尔斯市 ２５２ 号街道， ５７１９８） 摘 　 要：从单传感器和多传感器遥感数据集成两个方面 介 绍 和 阐 述 了 遥 感 技 术 估 算 森 林 生 物 量 的 发 展 现 状， 以此提炼遥感技术估算森林生物量研究面临的问题。 关键词：生物量；遥感；估算 中图法分类号： Ｐ２３７． ９ 　　 森林生物量是森林生态系统固碳能力的重要 指标，它又和森林 生 态 系 统 的 碳 源 和 碳 汇 息 息 相 文献［ ４］利用 Ｌａｎｄｓ ａ ｔＥＴＭ 数据的植被指数和波 段值估算了孟加 拉 国 东 南 部 热 带 森 林 的 生 物 量。 关，准确地估算 大 区 域 森 林 生 物 量 对 研 究 陆 地 生 态系统碳循 环 具 有 重 要 意 义。遥 感 具 有 宏 观、综 文献［ ５］通过对比不同时期阿根廷 ＬａｎｄＳａ ｔＥＴＭ 数据的植被指数，发 现 植 被 指 数 和 生 物 量 在 干 旱 合、动态、快速、可重复等特点，其波段信息和森林 季节的相关 性 比 较 强，在 夏 季 和 冬 季 比 较 差。文 生物量结构具有 一 定 的 相 关 性，已 经 成 为 区 域 森 献［ ６］利用 ＳＰＯＴ 数据 的 ＮＤＶＩ构 建 树 冠 反 射 模 型估算山区森林生物量。 林生物量估算的主要方法。本文根据目前遥感技 术的发展现状，从 单 传 感 器 和 多 传 感 器 角 度 论 述 了遥感技术估算森林生物量的发展现状。 １． １． ３　 高分辨率光学遥感估算森林生物量 高分辨率光学遥感影像可以充分利用空间特 征、纹理、植被指数信息以及光谱信息反映更详细 １　 单传感器遥感影像估算森林生物 量研究现状 的森林遥感信息。 文 献 ［ ７］通 过 解 译 航 空 影 像 获 取树高和树冠 直 径，分 析 了 １９７８ 年 和 ２００３ 年 之 间以色列南部森 林 生 物 量 变 化 情 况。 文 献 ［ ８］根 １． １　 光学遥感估算森林生物量 １． １． １　 低分辨率光学遥感估算森林生物量 据 ＩＫＯＮＯＳ 数据的 光 谱 信 息 和 纹 理 信 息 构 建 回 归模型估算湿地的生 物 量。 文 献［ ９］根 据 Ｑｕ ｉ ｃｋ  陆或者国家区域 的 大 尺 度 森 林 生 物 量。 文 献 ［ １］ Ｂ ｉ ｒ ｄ 影像和野外 样 点 调 查 数 据 建 立 犓 邻 近 和 线 性回归模型预测森林生物量。 根据 ＭＯＤＩ Ｓ 数据和 ＦＩＡ 调查数据估算了美国密 歇根州、明尼苏达 州 和 威 斯 康 星 州 ３ 个 州 的 森 林 １． ２　 雷达估算森林生物量 雷达遥感具有全天候、全天时等特点，并且雷 生物量；文 献 ［ ２］采 用 ＡＶＨＲＲ 数 据 估 测 了 南 非 克鲁 格 国 家 公 园 的 森 林 生 物 量；文 献 ［ ３］根 据 森林生物量估算中具有一定优势。 ＭＯＤＩ Ｓ 数据监测 了 巴 西 圣 保 罗 州 的 桉 树 的 生 物 量变化。 １． ２． １　ＳＡＲ 估算森林生物量 ＳＡＲ 主要是 根 据 后 向 散 射 系 数 估 算 森 林 生 １． １． ２　 中分辨率光学遥感估算森林生物量 中分辨率光学 遥 感 数 据 可 以 更 加 准 确、方 便 物量。不同波长、不同极化方式的 ＳＡＲ 后向散射 地 提 取 森 林 生 态 系 统 的 林 种、群 落 特 征 等 信 息。 方式 的 ＳＡＲ 数 据 估 算 生 物 量 的 能 力 也 不 同。文 低分辨率光学 遥 感 影 像 常 用 来 研 究 全 球、大 收稿日期： ２０１１  ０４  ２１。 项目来源：广东省科技计划资助项目（ Ｅ１００７３）。 达对树冠有穿透力，能获取森林内部结构信息，在 分别来自于树的不同部位，所以，不同波长和极化 ６３２ 武汉大学学报·信息科学版 ２０１２ 年 ６ 月 献［ １０］发现 ＨＨ 极化数 据 和 树 干、树 冠 的 生 物 量 关系比较密切， ＶＶ 和 ＨＶ 的 极 化 数 据 和 树 冠 的 ＡＩＲＳＡＲ 和 ＴＭ 数 据 集 成 估 算 森 林 生 物 量 的 精 度要 比 各 自 估 算 森 林 生 物 量 的 高。 同 样，文 献 生物量关系比较密切。文献［ １１］对比 Ｃ 波段和 Ｌ 波段 的 多 极 化 数 据 雷 达，发 现 ＬＶＶ 和 松 树 的 生 ［ ２３］研 究 伊 朗 北 部 的 森 林 生 物 量 时，发 现 将 ＪＥＲＳ  １／ＳＡＲ 数 据 和 Ａｌ ｏ ｓ 的 ＡＶＮＩＲ ２ 和 物量关系比 ＬＨＶ 和 ＣＨＨ 数 据 之 间 的 关 系 要 密 切。 ＰＲＩ ＳＭ 集成估算 森 林 生 物 量 比 各 自 估 算 森 林 生 物量的精度要高。 １． ２． ２　 干涉雷达估算森林生物量 干涉雷达（ Ｉ ｎＳＡＲ）可 以 获 取 森 林 树 高 信 息， ２． ２　 光学遥感和 犔犻犇犃犚 估算森林生物量 Ｌ ｉＤＡＲ 数据一般只有三维信息，缺少 光 谱 信 从而进一步估算森 林 生 物 量。 文 献 ［ １２］根 据 Ｉ ｎ  息，往往需要和光 学 遥 感 一 起 应 用 估 算 森 林 生 物 ＳＡＲ 数据提取树高和郁闭 度 两 个 森 林 结 构 参 数， 间接地计算森林生物量。文献［ １３］模拟分析了西 量。文献［ ２４］采 用 Ｌ ｉＤＡＲ 数 据 和 高 光 谱 数 据 估 算热带 雨 林 的 森 林 生 物 量。 文 献 ［ ２５］采 用 Ｌ ｉ  伯利亚中部 针 叶 林 ＥＲＳ  １／２ 干 涉 相 干 性 与 森 林 ＤＡＲ 数据和 Ｑｕｃ ｉ ｋＢ ｉ ｒ ｄ数据估算了美国加州生 物量 较 高 区 域 的 森 林 碳 密 度。 文 献 ［ ２６］根 据 生物量的关系。 文 献 ［ １４］采 用 Ｘ 波 段 的 Ｉ ｎＳＡＲ 估算挪威南部寒带森林生物量。 １． ２． ３　 极化干涉雷达估算森林生物量 极化干涉合成孔径雷达（ ＰＯＬＩ ｎＳＡＲ）将 极 化 和干涉结合在一 起，提 供 比 单 纯 的 极 化 或 干 涉 更 ＩＫＯＮＯＳ 立 体 像 对 提 取 的 数 字 地 面 模 型 和 Ｌ ｉ  ＤＡＲ 提取的数字高程模型计算树冠高度模型，估 算了加拿大魁北克省试验森林的生物量。 为丰富的信息，对提取树高、衰减系数等森林参数 ２． ３　 雷达和 犔 犻犇犃犚 估算森林生物量 由于 雷 达 和 Ｌ ｉＤＡＲ 在 估 算 森 林 生 物 量 方 面 的反演 具 有 重 要 意 义。 文 献 ［ １５］最 早 采 用 ＰＯ 都有很大的优势，最 近 几 年 将 两 者 结 合 估 算 森 林 ＬＩ ｎＳＡＲ 估算森林 高 度，提 出 基 于 ＰＯＬＩ ｎＳＡＲ 的 森林高度反演三阶段策略。文献［ ］ 采用多基线 １６ 生物量的研究比较多。文献［ ２７］发 现， ＳＡＲ 数 据 对Ｌ 数据估算美 国 黄 松 生 物 量 的 精度具有 ｉＤＡＲ 的 ＰＯＬＩ ｎＳＡＲ 估算森林结构、地面和树 冠 层 的 相 一定的提升作用。文献［ ２８］的 研 究 表 明， ＳＡＲ 数 据和 Ｌ ｉＤＡＲ 数据集成 估 算 阔 叶 林 和 混 合 林 的 生 关信息。文 献 ［ １７］采 用 ＰＯＬＩ ｎＳＡＲ 数 据 估 算 了 巴西桉树的森林生物量。 物量精度明显高于各自估算的精度。文献［ ２９］采 用Ｌ ｉＤＡＲ 和 ＳＡＲ 数据估算了哥斯达黎加东北部 １． ３　犔犻犇犃犚 激光雷达估算森林生物量 Ｌ ｉＤＡＲ 对森林具有一定的穿 透 力，可 以 测 定 的生物监测站附 近 热 带 森 林 的 生 物 量，并 模 拟 该 地表和林冠的高 度 信 息 以 及 平 均 树 冠 面 积、树 木 区域 ４ａ内森林生物量的变化情况。 密度等信息，在估 算 森 林 生 物 量 方 面 表 现 出 巨 大 ２． ４　 光学遥感、雷达和 犔 犻犇犃犚 估算森林生物量 为提高遥感技 术 估 算 森 林 生 物 量 的 能 力，应 的优势。文 献 ［ １８］最 早 采 用 离 散 回 波 的 大 光 斑 Ｌ ｉＤＡＲ 估算了美国佐治亚州 南部 松 树 的 生物 量。 文献［ １９］根据激光雷达系统提取的树高和郁闭度 充分 利 用 每 种 传 感 器 的 优 点，如 用 Ｌ ｉＤＡＲ 数 据 获取详细的森林 垂 直 信 息，利 用 光 学 遥 感 数 据 获 建立了几种森林生物量的估算模型。文献［ ２０］采 用Ｌ ｉＤＡＲ 成 功 区 分 活 树 和 死 树，并 计 算 了 相 应 的森林垂直信息 和 水 平 信 息，将 这 些 信 息 结 合 在 的生物量。文献［ ２１］采用小光斑激光雷达估算了 黑河流域祁连山大野口典型森林区的生物量。 一起可以更有效地估算森林生物量。文献［ ３０］将 、 、 和 地 面 调 查 辅 助 数据 ＬＶＩＳ ＳＲＴＭＩＮＳＡＲ ＴＭ 取大范围的光谱 信 息，利 用 雷 达 数 据 获 取 比 较 粗 集成，估算了 切 萨 皮 克 湾 地 区 的 森 林 生 物 量。文 ２　 多传感器遥感数据估算森林生物 量研究现状 　　 随着遥感技 术 的 进 一 步 发 展，多 传 感 器 遥 感 数据集成估算森林生物量成为发展趋势。 ２． １　 光学遥感和雷达集成估算森林生物量 由于光学遥感 数 据 存 在 混 合 像 元、饱 和 度 等 献［ ３１］根据野外样点调查数据比较 Ｌ ｉＤＡＲ、 ＳＡＲ 和 光 学 影 像 估 算 的 森 林 生 物 量，发 现 ＬａｎｄＳａ ｔ ＥＴＭ 影 像 可 以 帮 助 提 高 Ｌ ｉＤＡＲ 估 算 森 林 生 物 量的精度。 ３　 遥感技术估算森林生物量存在的 问题 问题，