光学饱和条件下多源遥感信息对地上生物量估算的贡献机制与响应阈值研究

《Remote Sensing》：Assessing the Contributions and Thresholds of Multi-Source Remote Sensing Informatiuon in Vegetation Aboveground Biomass Estimation Under Optical Saturation

　　

摘要

地上生物量（AGB）是监测生态系统碳储量和植被生产力的重要指标。然而，基于光学遥感的AGB估算容易出现饱和效应。多源遥感融合为缓解光学饱和提供了一种重要手段。尽管目前可以直接基于整体模型精度获得最优估算结果，但在光学饱和后，不同信息源的贡献机制和有效范围，以及它们对地形背景的依赖性，仍然难以解释。为此，本研究以中国河南省洛山县董寨国家级自然保护区为研究区域，以90个实测AGB值为目标变量；整合了GEDI L2A/L2B、Landsat 9、Sentinel-2、GF-2、GF-5B高光谱、Sentinel-1、地形和气候数据；构建了包含光学信息Sp、结构信息St、微波散射信息Se以及地形和气候信息En的四个特征集；采用随机森林模型设计了八组消融实验；分析了光学饱和条件下多源遥感信息对AGB估算的贡献机制和响应阈值。结果表明：(1) St是该保护区提高AGB估算精度的核心信息源，仅在光学信息基础上添加结构信息即将模型OOF R从0.169提高到0.433，且高AGB区间（64.18–129.456 Mg ha）是模型估算误差的主要来源；(2) 在本研究的完整样本滑动窗口框架下，Sp的预测响应随着AGB的增加逐渐减弱并最终进入稳定饱和状态。此后，St对RMSE和MAE提供了持续稳定的补偿，而Se和En的改善主要集中在从光学响应减弱到稳定饱和的过渡阶段，且仅在St存在的前提下同时纳入两者时才能发挥作用；(3) 多源遥感融合并非信息源越多就越有效，关键在于不同信息源能否在特定的生态背景和观测条件下提供有效信息。