第七届青年地学论坛

卫星遥感是获取陆表植被和生态参数的重要手段，在农作物和森林长势监测、生态保护工程效果评估及全球变化研究等领域发挥着不可或缺的作用。然而，卫星遥感获取的植被参数往往受到太阳角度的影响。在卫星过境的不同时间和地点，太阳天顶角存在较大差异。卫星观测中太阳天顶角固有的这种时空差异，对于从时序数据中准确提取植被动态信息，以及从卫星影像中获取植被空间格局会造成不确定性。然而目前大多数植被遥感产品中均未对太阳角度效应进行订正，已有的一些研究主要集中在南半球的热带地区（譬如热带雨林和稀树草原）。本研究基于MODIS卫星观测，量化时空尺度太阳角度变化对监测我国植被生长空间格局以及提取植被物候期参数（包括生长季开始、峰值和结束时间，生长季长度）造成的影响。本研究基于MODIS提供的二向反射率分布函数（BRDF）参数产品（MCD43A1，C6）。通过Ross-Li半经验核驱动BRDF模型，逐像元逐日计算了全国2019年观测天顶角0为0°时（天底观测），太阳天顶角为本地日正午时刻角度（Local Solar Noon，随时间变化）、太阳天顶角为Terra/Aqua星过境时刻角度（随时间变化）以及太阳天顶角为45°恒定值（不随时间变化）情景下的地表反射率。进而基于这些地表反射率计算了不同太阳天顶角配置下的归一化植被指数（NDVI_SZA-LSN，NDVA_SZA-Terra, NDVI_SZA-Aqua，NDVI_SZA-45）和增强型植被指数（EVI_SZA-LSN，EVI_SZA-Terra，EVI_SZA-Aqua，EVI_SZA-45）。研究定义观测误差为未对太阳天顶角进行订正的植被指数和订正到恒定45°的植被指数之间的差值（VI_SZA-LSN – VI_SZA-45）。研究结果表明，由于本地日正午时刻太阳角度在任一给定时刻在空间尺度上沿纬度变化而发生的变化（纬向性变化），未对太阳角度效应进行订正会对使用植被指数监测我国植被生长空间格局引入一定的误差，且误差大小和纬度显著相关。本地日正午太阳天顶角与45°恒定角度之间的差距（角度差）本身仅能够解释不超过45%左右的观测误差空间变异。在同一纬度上（本地日正午太阳天顶角相同），观测误差也存在变化且在不同植被类型之间差异显著，说明植被结构也是决定太阳角度效应所造成观测误差大小的重要因素。同时，由于季节内太阳角度和植被结构的改变，太阳角度效应造成的误差存在明显的季节变化规律。在12个站点上，对比从恒定太阳天顶角和本地日正午太阳天顶角两种配置下的NDVI时间序列中提取出的生长季开始，峰值和结束时间，发现其平均差异可以达到12天，11天和14天。相比之下，从不同太阳天顶角配置下的EVI时间序列中提取出的物候期参数之间的差异则要小很多。本次研究证实了太阳角度效应会在卫星遥感监测植被生长格局等应用中引入一定的不确定性，且该效应在空间尺度和时间尺度上的变化规律比较复杂，与植被物候期和植被结构等具有一定的关系。因此，接下来的研究迫切需要系统评估太阳角度效应对我国植被与生态系统格局卫星监测结果造成的影响，特别是对使用国产卫星（譬如风云和高分系列）数据的植被遥感应用造成的影响，为最终生成我国范围内完全经过太阳-传感器几何订正的、基于国产卫星观测的高精度植被参数定量产品探索可行路径。

植被遥感,植被指数,植被物候,BRDF,太阳角度效应