近日，中國科學院空天資訊創新研究院（空天院）聯合中國科學院國家太空科學中心（太空中心）、國家林業及草原局林草調查規劃院等單位在河北省塞罕壩機械林場、御道口牧場等地組織實施“植被與土壤的水分遙感試驗”，這是國際上首次基於航空平台開展土壤—植被—大氣連續體水分透視遙感試驗。該試驗是由空間中心主導組織的「灤河流域天空地多尺度遙感聯合試驗」的重要組成部分。

航空遙感系統國家重大科技基礎設施與試驗人員

灤河作為海河流域的重要河流，是京津冀地區的“水龍頭”，對京津冀地區的生態支撐和水源涵養至關重要。灤河流域是由山地、河流、森林、農田、湖泊、草地、沙地等諸多要素所構成的複雜生態系統，是探索多要素遙感機制、創新多源遙感方法、驗證先進遙感技術的理想場所。

空天院遙感與數位地球重點實驗室主任、研究員胡斯勒圖指出：「植被在陸—氣間的水分傳輸中扮演著重要角色，不僅是陸地水資源的蓄水池，也是大自然的抽水機。 」

本次透視遙感試驗主要是利用微波技術，微波的波長比可見光和熱紅外線波長更長，具有很強的穿透能力，可以穿過雲層和植被，即使在夜間和陰雨天也能正常工作。此外，不同波段的微波與植被的不同部位有著不同的交互作用機制，例如長波段更能深入觀測到植被的莖幹部分，而短波段則較適合觀測植被的冠層和葉片。

空天院遙感與數位地球重點實驗室研究員趙天傑介紹說：「這次遙感試驗採用了從L波段至Ka波段的多通道微波協同觀測，這是一種透視觀測的技術，就像醫生透過使用CT掃描診斷人體內部病情一樣。深入理解植被的生長與死亡機制，也能揭示生態系如何應對水分脅迫的變化。

土壤—植被—大氣連續體水分透視遙感原理

科學研究團隊利用由中國科學院航空遙感中心建造和運作的國家重大科技基礎設施－航空遙感系統搭載的三頻段（L/S/C）多角度成像微波輻射計、三頻段（Ku/K/Ka）全極化掃描微波輻射計、機載雷射掃描儀系統以及全譜段高光譜成像儀4種航空載荷，對塞罕壩、御道口等地的森林、農田和草地等實施了精準觀測。

中國科學院航空遙感中心主任、研究員潘潔介紹：「航空遙感系統是以國產中型飛行平台－新舟60飛機為基礎、綜合整合六種對地觀測窗口的國家級航空遙感系統，是我國目前綜合能力最強的航空遙感平台。計摒棄了傳統真實孔徑微波輻射計的機械掃描成像方式，相比傳統微波輻射計具有更高的空間分辨率，能夠精準捕捉植被和土壤內部的含水量。具備了不同成像體制的多波段、全極化被動微波觀測能力。

與有人機遙感同步，科學研究人員也使用無人機搭載微波輻射計、熱紅外線成像儀、多光譜相機等設備，進行了更精細尺度的協同觀測。同時，在地面關鍵樣區進行了長時序的地基微波輻射觀測試驗、土壤溫濕度加密觀測試驗、葉片等效水厚度同步測量試驗、植物莖葉水勢測定試驗等工作。透過這些多層次的觀測手段，形成了衛星遙感、有人機遙感、無人機遙感和地面遙感的多尺度觀測系統。

無人機、地基微波輻射計協同觀測

本試驗所獲得的天空地一體化數據，將用於發展和檢驗時空多尺度的土壤水分、植被水分、植被水勢、大氣水汽和蒸發等陸地水循環關鍵參量的智慧化遙感方法，進而通過空天技術手段捕捉植物內部的水分狀態變化，並理解土壤水分供應和大氣水分需求之間的複雜相互作用關係。這項工作將為陸地水資源衛星、海洋鹽度探測衛星等國產衛星的新型載荷觀測資料處理和創新應用提供技術支撐，為評估「森林是水庫」的生態服務功能，進一步提升森林的土壤儲水量和水分生產力，增加水資源的涵養和調蓄能力提供科學依據。

本次試驗受到國家自然科學基金重大計畫「陸地水循環關鍵參量時空多尺度智慧化遙感」課題與國家重點研發計畫「面向國產衛星的土壤—植被—冰雪三維遙感機理建模與定量反演技術」項目共同資助。參與試驗的單位包括武漢大學、北京師範大學、中國礦業大學（北京）、西北農林科技大學、清華大學、山東農業大學、江漢大學、西安交通大學、中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所、中國科學院東北地理與農業生態研究所、中國科學院南京土壤研究所、浙江大學、中南大學、中山大學、河南省鄉村產業發展服務中心、北京數位綠土股份有限公司、北京捷翔天地資訊科技有限公司等大專院校、科研院所及企業。