在全球變暖、碳中和、生態(tài)系統(tǒng)退化等話題不斷被提及的今天，我們越來越需要“真實(shí)、長期、可比對”的地表數(shù)據(jù)來支撐氣候變化研究。地物光譜儀，作為獲取地面真實(shí)光譜數(shù)據(jù)的關(guān)鍵工具，正悄然承擔(dān)起“地面真值”的角色，為氣候模型和遙感數(shù)據(jù)提供支撐。

下面，我們從三個(gè)方面來拆解這個(gè)問題：

一、氣候變化研究為何需要地面“真值”數(shù)據(jù)？

氣候變化研究的核心問題：

檢測地表溫度、水分、碳循環(huán)的長期變化;

判斷陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng);

驗(yàn)證衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精度，修正模型誤差。

關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

遙感衛(wèi)星提供的是間接估算數(shù)據(jù)（遙感反演），而地物光譜儀可以提供地面原始光譜信息，是“從源頭把控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量”的手段。

二、地物光譜儀提供哪些“第一手”信息？

1. 地表植被變化的直接反映

氣候變化對植被的影響首先表現(xiàn)為“顏色”變化;

地物光譜儀記錄植被在不同波段(如紅邊、近紅外)反射率的細(xì)微變化，能精準(zhǔn)捕捉：

生長季變化;

干旱脅迫;

葉綠素衰退;

碳匯能力變化;

舉例：青藏高原生態(tài)監(jiān)測中，通過光譜儀長期記錄高寒草甸NDVI和紅邊位移，量化了多年凍土退化對植被的影響。

2. 高光譜數(shù)據(jù)支持碳通量監(jiān)測

光譜儀采集的葉片和冠層光譜可以反演光合速率和葉面積指數(shù)(LAI);

這類參數(shù)可作為地面碳通量觀測(如渦度協(xié)方差塔)的輸入數(shù)據(jù);

與衛(wèi)星影像結(jié)合后，可建立區(qū)域尺度碳吸收估算模型。

案例：在內(nèi)蒙古典型草原，地面光譜數(shù)據(jù)+通量塔數(shù)據(jù)+衛(wèi)星遙感形成了碳匯監(jiān)測系統(tǒng)，為草原碳中和政策提供依據(jù)。

3. 反演地表參數(shù)模型的訓(xùn)練樣本庫

地表溫度、反照率(Albedo)、土壤濕度等參數(shù)對氣候模型至關(guān)重要;

地物光譜儀通過實(shí)測反射率+實(shí)地測量這些參數(shù)，建立反演模型;

然后推廣到衛(wèi)星遙感大范圍數(shù)據(jù)上，實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度的氣候參數(shù)獲取。

示例：在干旱區(qū)建立土壤反照率與波段反射率的回歸模型，用于提升氣候模式中的能量交換精度。

4. 長期序列觀測，構(gòu)建地表變化的“時(shí)光隧道”

通過固定點(diǎn)、定期(如每月一次)采集某地生態(tài)地表的光譜數(shù)據(jù);

構(gòu)建多年的變化序列;

檢測變化趨勢和氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

實(shí)例：在東北黑土區(qū)建立農(nóng)田—林地—濕地不同地貌的光譜長期序列，用于分析極端氣候?qū)ι鷳B(tài)演替的影響。

三、與遙感系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)作用

地物光譜儀在氣候研究中最重要的角色之一就是：

“地面驗(yàn)證 + 模型訓(xùn)練 + 數(shù)據(jù)校正”

它可用于：

校正衛(wèi)星遙感影像(如MODIS、Landsat、Sentinel);

訓(xùn)練反演算法(深度學(xué)習(xí)模型輸入);

比較不同時(shí)間尺度、空間尺度下的遙感產(chǎn)品差異;

對比不同遙感傳感器間的觀測一致性(跨平臺融合);

四、氣候變化監(jiān)測中的典型部署方式

總結(jié)一句話：

地物光譜儀，是氣候變化研究中

它提供了從葉片到地貌，從小時(shí)到十年的高維數(shù)據(jù)支持，讓氣候變化研究有據(jù)可依、有跡可循。

審核編輯 黃宇