Новое исследование представляет платформу Community Land Active Passive Microwave Radiative Transfer Modeling (CLAP) — унифицированную многочастотную модель рассеяния и излучения микроволн, разработанную для революционного изменения мониторинга поверхности земли. Эта передовая платформа объединяет активные и пассивные микроволновые сигналы, чтобы предложить потенциально точное моделирование влажности почвы и состояния растительности.
Благодаря внедрению современных моделей взаимодействия почвы и растительности, CLAP имеет потенциал для устранения ключевых ограничений в существующих технологиях дистанционного зондирования, что позволяет повысить точность мониторинга земель. Исследование демонстрирует способность CLAP улучшать моделирование микроволновых сигналов, особенно на высоких частотах, что является важным шагом вперед в управлении экосистемами и исследовании изменения климата.
Микроволновое дистанционное зондирование необходимо для мониторинга земель, предоставляя важные сведения о влажности почвы и состоянии растительности путем измерения микроволнового излучения и обратного рассеяния, испускаемого и рассеиваемого поверхностью. Однако современные модели в значительной степени опираются на теорию переноса излучения нулевого порядка и эмпирические предположения, часто упуская из виду динамические изменения свойств растительности и почвы (структура, влажность и температура). Эти ограничения приводят к несоответствиям и снижению точности на разных частотах и поляризациях.
Учитывая эти проблемы, существует острая необходимость в более детальных исследованиях механизмов рассеяния и излучения многочастотных микроволновых сигналов для повышения точности и надежности технологий дистанционного зондирования .
Группа исследователей из Университета Твенте опубликовала статью в журнале Journal of Remote Sensing , в которой представила платформу Community Land Active Passive Microwave Radiative Transfer Modeling (CLAP) — многочастотную модель микроволнового рассеяния и излучения, которая объединяет усовершенствованные модели рассеяния поверхности почвы (ATS+AIEM) и рассеивания растительности (TVG). CLAP учитывает соответствующую структуру растительности, динамическое содержание воды в растительности (VWC) и изменения температуры, значительно улучшая существующие технологии.
Кроме того, CLAP раскрывает частотно-зависимую природу оптической глубины пастбищ и подчеркивает существенное влияние температуры растительности на высокочастотные сигналы, предлагая новые идеи для более точного мониторинга растительности и почвы.
Основная сила CLAP заключается в его детальном моделировании компонентов почвы и растительности. Команда использовала долгосрочные наблюдения in situ с участка Maqu, включая микроволновые сигналы, влажность почвы, температурные профили и данные о растительности, чтобы управлять CLAP и оценивать производительность модели соответственно. Результаты показали, что летом CLAP с параметризацией цилиндра для представления растительности имитировал обратное рассеяние лугов в X-диапазоне и C-диапазоне со значениями RMSE 1,8 дБ и 1,9 дБ соответственно по сравнению с 3,4 дБ и 3,0 дБ при параметризации диска.
Исследование также показало, что колебания температуры растительности существенно влияют на суточные изменения высокочастотного сигнала, тогда как изменения содержания воды в растительности в первую очередь влияют на низкочастотные сигналы. Например, в C-диапазоне колебания температуры растительности оказали большее влияние на изменения сигнала (коэффициент корреляции R = 0,34), тогда как в S-диапазоне содержание воды в растительности оказало более сильное влияние (R = 0,46). Эти результаты подчеркивают важность динамических свойств растительности и почвы в процессах рассеяния и излучения микроволнового сигнала, которые CLAP точно отражает.
Доктор Хун Чжао, ведущий исследователь, прокомментировал: «Платформа CLAP представляет собой значительный шаг вперед в области микроволнового дистанционного зондирования. Включая в модель соответствующую структуру растительности, динамическую растительность, влажность и температуру почвы, CLAP обеспечивает более точное представление процессов рассеяния и излучения микроволнового сигнала. Это нововведение значительно расширит наши возможности мониторинга состояния растительности и почвы, предоставляя более надежные данные для управления экосистемами и исследования изменения климата».
Команда использовала обширные данные in situ с участка Maqu, а также спутниковые микроволновые наблюдения. Эти всеобъемлющие наборы данных позволили исследователям тщательно оценить производительность CLAP на различных частотах и поляризациях, гарантируя ее точность и надежность. Разработка CLAP открывает новые возможности для будущего микроволнового дистанционного зондирования. Эту технологию можно интегрировать в будущие спутниковые миссии, такие как CIMR и ROSE-L, для повышения точности мониторинга влажности почвы и растительности.
Кроме того, CLAP может быть включен в структуры ассимиляции данных для предоставления более точных входных данных для моделей поверхности земли . Широкое применение этой технологии обещает оказать глубокое влияние на глобальный мониторинг окружающей среды, сельскохозяйственное производство и исследования изменения климата , поддерживая усилия по устойчивому развитию во всем мире.
