地表生态类型BRDF形状约束的针阔混交林植被聚集指数估算

谢蕊; 焦子锑; 董亚冬; 崔磊; 尹思阳; 张小宁; 常雅轩; 郭静

doi:10.11834/jrs.20211522

模型与方法 | 浏览量 : 1334 下载量: 507 CSCD: 0

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地表生态类型BRDF形状约束的针阔混交林植被聚集指数估算
An improved method for estimating clumping index in mixed coniferous and broadleaved forests using BRDF shape of surface ecotype as constraints
“植被冠层结构参数研究取得了新进展。针对现有星载CI产品估算方法存在的精度问题，研究人员提出了一种动态选取混交林像元端元CI组分的方法，以改进针阔混交林植被聚集指数的估算精度。该方法利用国际地圈—生物圈计划的地表类型和描述二向性反射分布函数的地表各向异性平整指数进行双重约束，结合高分辨率的土地覆盖分类数据确定端元在像元中的面积比例，从而估算MODIS针阔混交林像元的聚集指数。研究结果表明，该方法可以显著改善针阔混交林像元CI值的估算精度，为针阔混交林CI产品生产和精度提高提供了可行的解决方案。这一研究成果对于全球碳、水循环研究以及植被生态学研究具有重要意义。”
- 角色： First author 第一作者
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
- 邮箱： xierui@mail.bnu.edu.cn
- 简介：谢蕊，研究方向为定量遥感，混交林植被聚集指数反演。E-mail： xierui@mail.bnu.edu.cn
谢蕊
1 2 ，
- 角色： Corresponding author 通讯作者
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
- 邮箱： jiaozt@bnu.edu.cn
- 简介：焦子锑，研究方向为多角度光学遥感的建模、反演与应用（土壤—植被—冰雪）。E-mail： jiaozt@bnu.edu.cn
焦子锑
1 2 ，
- 机构：
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
  中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100101
董亚冬
2 3 ，
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
崔磊
1 2 ，
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
尹思阳
1 2 ，
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
张小宁
1 2 ，
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
常雅轩
1 2 ，
- 机构：
  北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院, 北京 100875
  北京师范大学遥感科学国家重点实验室, 北京 100875
郭静
1 2
2024年28卷第4期页码：995-1009
纸质出版日期： 2024-04-07 ，
DOI： 10.11834/jrs.20211522

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谢蕊，焦子锑，董亚冬，崔磊，尹思阳，张小宁，常雅轩，郭静.2024.地表生态类型BRDF形状约束的针阔混交林植被聚集指数估算.遥感学报，28（4）： 995-1009

Xie R，Jiao Z T，Dong Y D，Cui L，Yin S Y，Zhang X N，Chang Y X and Guo J. 2024. An improved method for estimating clumping index in mixed coniferous and broadleaved forests using BRDF shape of surface ecotype as constraints. National Remote Sensing Bulletin， 28（4）：995-1009
谢蕊，焦子锑，董亚冬，崔磊，尹思阳，张小宁，常雅轩，郭静.2024.地表生态类型BRDF形状约束的针阔混交林植被聚集指数估算.遥感学报，28（4）： 995-1009 DOI： 10.11834/jrs.20211522.

Xie R，Jiao Z T，Dong Y D，Cui L，Yin S Y，Zhang X N，Chang Y X and Guo J. 2024. An improved method for estimating clumping index in mixed coniferous and broadleaved forests using BRDF shape of surface ecotype as constraints. National Remote Sensing Bulletin， 28（4）：995-1009 DOI： 10.11834/jrs.20211522.

地表生态类型BRDF形状约束的针阔混交林植被聚集指数估算

谢蕊 ; 焦子锑 ; 董亚冬 ; 崔磊 ; 尹思阳 ; 张小宁 ; 常雅轩 ; 郭静 ;

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1　引言

1. 介绍了地表生态类型植被聚集指数的重要性和在研究碳、水循环和生态学中的作用。

2. 阐述了目前使用的主要的基于热点和暗点与NDHD之间的线性关系的方法来估算聚集指数，并讨论了树冠形状对聚集指数的影响。

3. 指出现有全球MODIS CI产品算法主要是利用红波段的二向性反射分布函数BRDF数据反演得到的，而针阔混交林植被聚集指数估算的研究较少。

4. 提出了通过IGBP高质量地表生态类型和相似AFX/BRDF形状的双重约束逐像元提取混交林像元端元并估算针阔混交林像元CI的方法，为进一步提高全球混交林CI产品的估算精度提供有意义的探索和切实可行的解决方案。

2　研究区及数据介绍

该章节主要介绍了研究区概况及数据介绍，包括研究区主要覆盖了小滦河流域及其临近的塞罕坝林场，属典型的半干旱半湿润寒温性大陆季风气候，主要树种包括落叶松、樟子松、云杉和白桦等。其中，地面实测聚集指数数据分布在小滦河流域内。同时，介绍了研究区针阔混交林聚集指数估算方法流程图、研究区针阔混交林像元的比例随针叶林树种成数的变化、各针阔混交林像元对应的不同树种类型端元CI取值的空间分布图、MODIS MCD12Q1 500m的IGBP土地覆盖分类图等。

3　模型与方法

1. 核驱动模型的发展和热点校正的研究

2. 各向异性平整指数AFX的概念和研究意义

3. 针阔混交林聚集指数MFCI的估算方法

4. NDHD线性混合假设的误差分析对结果的影响。

4　结果与分析

针阔混交林像元CI反演方法的研究，包括研究区MFCI估算结果、结果验证以及MFCI与MODCI之间的差异分析。具体内容包括：对研究区内MODIS土地覆盖分类图中的混交林像元进行了错分校正，并统计了不同类型端元CI的方差；提供了MFCI和MODCI的核密度散点图和差值分布图，分析了MFCI相对于MODCI随针叶林树种成数的变化趋势；提供了MFCI和MODCI的验证结果，包括RMSE、Bias等统计指标，表明MFCI对针阔混交林像元的CI反演精度有显著的改善效果。此外，还评估了不同地面测量站点的MFCI相对于现有MODCI估算精度的差异。

5　结论

该章节介绍了针阔混交林像元MFCI的估算方法，通过与地面站点实测CI进行精度评估，得出现有MODIS CI产品算法未考虑针阔混交林像元类型中针阔混合带来的影响，导致针阔混交林像元的高估，而本研究提出的MFCI估算方法可提高针阔混交林聚集指数的估算精度。同时，还讨论了MFCI方法对像元中针叶林树种成数的变化敏感，随针叶林在混交林像元中所占面积比例的增大而表现出明显下降的趋势。此外，还指出了研究中存在的一些不确定性因素，并提出了下一步的研究方向。

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