中國科學技術大學地球和空間科學學院、火災科學國家重點實驗室雙聘教授李銳研究團隊在綜合利用多源衛星可見光、紅外和微波信號遙感中國陸地植被生態系統固碳能力方面取得重要進展，在國際上首次利用了基于衛星被動微波植被指數的光能利用率模型，以此定量反演中國典型植被的總初級生產力（GPP，單位時間內綠色植物通過光合作用途徑所固定的有機碳量），相關研究成果以“Daily Estimation of Gross Primary Production under All Sky Using a Light Use Efficiency Model Coupled with Satellite Passive Microwave Measurements”為題于10月份在遙感領域國際知名期刊《Remote Sensing of Environment》（RSE）在線發表。

陸地植被生態系統固碳是當前減緩大氣CO2濃度升高從而促成碳中和的重要途徑之一。一些研究指出，全球陸地生態系統的固碳能力約為34億噸碳/年（IPCC報告, 2021），而中國陸地生態系統的固碳能力約為6.6~11.1億噸碳/年（Wang等2020，Nature）。在碳中和目標下，以上數字很大程度上決定了人類活動所能排放的碳總量，從而影響著人類開發和使用能源的方式。但是，由于陸地生態系統巨大的覆蓋面積和復雜性，以上數據無法依賴實地觀測獲取，必須依靠衛星遙感反演，而不同的衛星遙感手段和反演方法使得該數數據存在巨大的不確定性。在另外一個層面，全球變暖導致的云量（太陽輻射）、溫度、降水變化會導致陸地固碳能力隨時間而改變。

現有研究大多基于衛星光學遙感手段探測植被特性，以此輸入光能利用率模型估算植被-大氣之間的碳交換速率。光學遙感依賴于植被反射的太陽光，只有在白天、無云天氣條件下有效，并在濃密森林存在飽和問題。相比之下，微波遙感探測地表和植被身釋放的熱輻射，不依賴于太陽光，在白天和夜晚皆可使用；并且微波對云有良好的穿透性，可在晴天和云天使用，并且微波在濃密森林中不易飽和。但目前還尚未有研究利用衛星微波遙感估算植被-大氣之間的碳交換速率。

該研究利用課題組自主研發的中國陸面微波植被指數EDVI，創新地提出基于微波EDVI的光能利用率模型EDVI-LUE，并將其成功應用于中國區域典型森林、草地和農田等植被下墊面。該研究基于ChinaFLUX通量網的7個觀測站點數據發現：歸一化EDVI（nEDVI）能夠合理反映冠層尺度植被吸收光合有效輻射（FPAR）的變化，相比光學植被指數（如NDVI，LAI等），nEDVI表征的FPAR在森林不易飽和、敏感性更高，且在有云天氣下與站點實測GPP有更好相關性（圖1）。同時，相比廣泛應用的全球ECLUE和MOD17 GPP產品，該研究對森林和農田站點GPP估算偏差相對更小，在異質性草地下墊面精度相當（圖2）。此外，在變化云況下的常綠闊葉林林，EDVI-LUE估算的精度指標表現良好且穩定（圖3），表明該模型對有云覆蓋下的濃密森林地區GPP精確估算方面具有優勢。該研究為定量估算中國陸地植被生態系統固碳能力提供了新的方法，為實施我國碳中和、碳達峰戰略提供了有力的科學支持。

該研究論文的創新性得到了RSE副主編、國際知名植被遙感科學家Pablo J. Zarco-Tejada教授和多位審稿人的積極評價和肯定：“…The three reviews indicate that the manuscript is innovative, as there are no studies using microwave data for assessing LUE to derive GPP. …”

圖1：站點實測GPP與(a)基于微波EDVI，(b)基于MODIS光學的NDVI，FPAR和LAI植被指數的FPAR相關性對比。(e)站點實測GPP與微波和光學植被指數在不同云蓋條件下的相關性。

圖2：地基實測GPP（黑色）、該研究衛星遙感的EDVI-GPP（紅色），另外兩種衛星遙感MOD17-GPP（藍色）和ECLUE-GPP（綠色）在7個不同植被類型站點的比較

圖3：EDVI-LUE模型在鼎湖山常綠林不同云蓋條件下的精度表現。

該文第一作者為大氣科學專業王懌璞博士后，通訊作者為李銳教授。研究受到國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金-貝爾蒙托論壇國際合作項目、以及國家自然科學基金青年項目的資助。

《Remote Sensing of Environment》是遙感領域最知名的學術期刊，涉及地球科學、環境科學、遙感機理與方法等領域，在全球同類期刊中長期排名第一。李銳教授團隊近年來在衛星遙感陸地植被生態系統的碳、水循環領域獲得了一系列成果，已在RSE發表論文五篇，在其他國際主流學術期刊發表相關論文十余篇。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425721004417