卫星微波遥感植被指数用于数值模拟植被排放挥发性有机物研究取得新成果

近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院和火灾科学重点实验室双聘教授李锐团队与香港科学技术大学顾达萨教授合作，利用微波植被指数EDVI对中国地区植被排放异戊二烯过程进行了数值模拟，成果证明了EDVI指示植被含水量对模拟结果的优化。相关研究成果以“Simulation of Isoprene Emission with Satellite Microwave Emissivity Difference Vegetation Index as Water Stress Factor in Southeastern China during 2008” 发表于遥感期刊《Remote Sensing》（IF=4.848），第一作者为大气科学专业毕业博士生张宇翔（现在北京大学工作）。

异戊二烯（Isoprene）是大气中最重要的挥发性有机物 (VOCs) 之一，对二次有机气溶胶、臭氧的生成具有关键作用，其氧化产物甲醛也是重要大气污染物。异戊二烯的自然来源主要是植被排放。

植被排放异戊二烯过程受到光照、温度、CO2浓度和水分等多方面影响，而水分胁迫的影响具有极大的不确定性。以往研究多采用土壤湿度对水分胁迫进行约束，但在大区域监测该变量难度很大、往往会引起额外的模拟误差。而且，土壤湿度的变化无法准确反映植被内部含水量的变化。因此，采用新的变量对植被排放受到的水分胁迫进行估计显得十分必要。

课题组自主研发的星载被动微波植被指数EDVI被广泛应用于陆地生态碳、水通量研究，具有监测植被含水量变化的能力。基于EDVI这一植被指数产品，该研究设计了新的水分胁迫因子（EDVI水分胁迫因子，简：EDVI因子）引入Model of Emission of Gases and Aerosols from Nature (MEGAN) 排放模型，同时使用光学植被指数NDVI和EVI进行实验对照，设计了6组模拟实验（无水分胁迫，土壤湿度因子，EDVI因子，平滑EDVI因子，NDVI因子及EVI因子），并与卫星遥感观测约束的异戊二烯排放数据进行了对比。结果表明，各个模拟和卫星观测结果都具有较好的时空一致性（空间相关性>0.8，时间相关性>0.4）。并且，相比于土壤湿度因子、NDVI因子和EVI因子，采用EDVI水分胁迫因子的模型模拟结果更接近于卫星观测结果，模拟的绝对误差具有不同程度的降低，约降至原本35%-43%。在福建和华北平原等地，使用EDVI因子可以略微提高模拟和观测的时间相关性（约0.05）；而在云贵高原和长江三角洲等地，EDVI因子可以显著提高模拟和观测的时间相关性（大于0.1）。总体上看，在中国东南部，通过结合EDVI水分胁迫因子，模型能更准确地模拟异戊二烯的时空变化特征，体现了微波植被指数EDVI对植被含水量随时间变化的准确指征及对植被排放的影响。

在全球变暖大背景下，植被异戊二烯以及其他VOCs排放将更频繁地受到水分胁迫影响，进而影响整个大气环境。该文章首次将卫星遥感的大面积微波植被指数应用于区域异戊二烯的排放模拟，为大区域植被排放的准确估计提供了新思路和方法，有助于更好地对大气环境进行评估。该研究受到国家重点研发计划课题、中国自然科学基金重点项目、中国自然科学基金-贝尔蒙特论坛国际合作项目、江苏省气候变化创新合作中心项目等的支持。

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