第七届青年地学论坛

风云三号D星（FY-3D）是第二代国产极轨气象卫星，其搭载的核心仪器——第二代中等分辨率光谱成像仪（MERSI-Ⅱ）传感器在性能上较前几代传感器（VIRR, MERSI）有大幅升级改进。MERSI-Ⅱ有25个通道，光谱覆盖范围0.47—12.0µm，标称轨道回归周期为5.5天，空间分辨率介于250米到1000米之间。MERSI-II与目前在生态遥感应用中使用广泛的MODIS传感器光谱覆盖范围和时空分辨率接近。在MODIS超期服役的现状下，对MERSI-II传感器的观测进行探索，不仅可以积累国产卫星生态遥感监测的理论与经验知识，而且可以在MODIS退役后（或国外数据不可用的情况下）继续为我国宏观生态环境变化遥感监测提供重要的基础科学数据，助力于生态文明建设。本研究选取中国生态系统通量观测网络（ChinaFlux）的20个站点，代表森林、草地、荒漠和农田等不同生态系统类型。从国家卫星气象中心网站（www.nsmc.org.cn）获取了全国及站点尺度2019年8月—2020年8月之间的L3级MERSI-II植被指数产品（产品代码：NVI）。该产品空间分辨率为250米，时间分辨率为旬。首先，在站点尺度上对比了MERSI-II与MODIS植被指数数据。分析发现在波长较短的蓝绿光波段及植被覆盖度较低的站点，MERSI-Ⅱ与MODIS的相关系数并不高；在红光、近红外波段及植被覆盖度较高的站点，MERSI-Ⅱ与MODIS反射率的相关性较好，两个传感器均能够对植被生长的季节变化进行有效监测，但MERSI-Ⅱ的植被指数较MODIS不稳定。同时，在全国尺度上分析了MERSI-II植被指数空间分布图。由全国MERSI-II植被指数月合成产品可明显看出我国植被绿度呈现由东南向西北逐步减少的渐变趋势，并且可清晰观察到河套平原、新疆绿洲、华北平原、松嫩平原等典型空间特征。其次，由全国植被指数空间变化图可以看到NDVI在地上生物量较高的地区（譬如森林和长势较好的农田、草地等）呈现明显的“饱和”现象，而EVI则更好地刻画了植被地上生物量在空间上的层次渐变。最后，在空间样带尺度上对比了不同季节下MERSI-II植被指数的变化趋势。选取从新疆塔克拉玛干沙漠中心（83.79°E，39.33°N）—长江中下游平原（119.788°E，29.25°N）东西走向样带，通过MERSI-Ⅱ数据绘制样带NDVI变化剖面图。剖面图显示我国植被生长由西到东呈现明显的阶梯状分布，在95°E—100°E迅速增加，在110°E后有小幅度的减少，并且能看出植被随季节的生长变化，与实际情况相吻合。由于MERSI-Ⅱ植被指数产品目前尚不足一个完整的生长季，本次使用2019.8—2020.10的NVI数据根据物候参数反演算法提取了秦岭站点的生长季开始时间，并且使用MODIS数据提取了全国范围内生长季开始、峰值、结束时间等物候时间节点。预计在2020年底之前可获取到一个完整的MERSI-Ⅱ生长季EVI数据，之后将基于奇异波谱分析（Singular Spectrum Analysis）的物候参数提取算法（SSA-Pheno, Ma et al. 2013）应用于该数据以得到基于MERSI-II的中国植被物候参数数据集。本次研究结果显示，FY-3D所搭载的MERSI-Ⅱ传感器能有效监测中等及以上植被覆盖度区域的植被变化，且与MODIS数据基本保持一致；但对于植被覆盖稀少的区域存在一定的不确定性，成因有待于进一步分析。由于数据处理算法、几何校正算法及传感器本身设计等方面的差异导致MERSI-II传感器的反射率值不如MODIS稳定且存在大量异常值，因此在后续数据产品生产及实际生态监测应用中，还需对现有数据预处理算法进行改进。接下来的研究将充分利用地面生态参数测量数据在站点尺度上对MERSI-II观测进行验证，以便进一步探索FY-3D MERSI-II在植被与生态监测方面的应用潜力。

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