農田遙感監測機理與生態過程關鍵參數反演

《農田遙感監測機理與生態過程關鍵參數反演》是依託北京大學，由秦其明擔任負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：農田遙感監測機理與生態過程關鍵參數反演
• 項目負責人：秦其明
• 項目類別：重點項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

本項目以我國農田土壤-植被二元體系為研究對象，以農田生態過程變化遙感監測為主線，從農田生態過程參數反演亟待解決的關鍵問題入手，重點開展以下研究：①通過農田土壤-植被在不同譜段電磁波回響特性分析與觀測試驗，開展電磁波與農田土壤-植被相互作用機理研究，探索裸露地表（農田）微波面散射機理和植被覆蓋農田微波體散射機理； ②綜合利用多源多時相遙感數據，進行參數反演方法研究，解決土壤溫度、土壤水分、作物葉面積、作物葉綠素含量、作物冠層溫度等表征農田生態過程狀態參數定量反演關鍵技術，提高關鍵參數反演精度；③針對動態監測要求，開展農田生態過程參數時間序列分析與建模，以遙感反演數據產品為同化變數，開展遙感信息與生態過程模型數據同化研究，提出並發展適應作物全生長期的農田監測模型；④通過農田試驗等手段，進行方法與模型驗證、完善與套用示範。上述項目成果對於農作物遙感估產與作物災害監測具有理論意義與套用價值。

結題摘要

針對目前精準農業發展中對農田定量遙感套用的迫切需求，本項目以農田生態過程變化遙感監測為主線，從機理、方法、技術與套用四個方面深入探索與研究了農田遙感監測機理與生態過程關鍵參數反演涉及的關鍵問題。在機理研究方面，分別開展了農田植被-土壤二元體系在不同電磁波譜段的回響特性觀測試驗與土壤不同含水量的光譜回響觀測試驗，形成了涵蓋可見光-近紅外、熱紅外和微波波段的複雜農田地表與電磁波作用的遙感模型，包括植被-土壤混合光譜模型與全極化SAR數據的植被覆蓋地表土壤水分反演模型。在總結與分析已有建模方法的基礎上，提出了適用於不同入射光條件、不同生育期、不同作物類型的冠層二向性反射統一模型，實現了幾何光學原理、聚集指數和再碰撞理論方法的結合；構建了壟行農田結構雷達後向散射模型，揭示了周期性地表散射機理，實現了農田特有的壟行結構的定量化表達。在農田參數反演技術方面，綜合利用多源多時相遙感數據，開展了參數反演的研究，提出了土壤溫度、土壤水分、作物葉面積、作物葉綠素含量、作物冠層溫度等農田參數反演的新技術，提高了參數的反演精度。在農田生態過程的動態監測方面，提出了區域尺度遙感-作物生長模型同化框架和作物長勢動態監測的數據同化的最佳化方案，將作物生長關鍵時相和面向研究對象的空間解析度作為同化時空尺度，在保證同化精度的前提下提高了數據同化效率，實現了大區域農田作物長勢的高效、動態監測；在套用示範方面，分別開發了農田生態系統遙感診斷軟體平台與地表參數反演系統，以國產衛星遙感數據為主，開展了農田生態過程多參數反演，實現了作物長勢、農田旱情與作物估產等多項農情信息的精準提取，並在河北、山東、陝西、甘肅等省區開展了推廣示範套用，進一步促進了定量遙感在我國精準農業與糧食安全保障中的套用。 本項目發表論文42篇，其中SCI/SCIE收錄26篇,獲得國家發明專利2項，軟體著作權2項，出版專著1部，圓滿完成基金考核指標。