[发明专利]基于静止气象卫星的植被冠层可燃物含水率反演方法及系统

说明书

本发明公开一种基于静止气象卫星的植被冠层可燃物含水率反演方法及系统，涉及遥感反演技术领域。首先获取静止气象卫星观测数据，构建植被辐射传输模型，以均方根误差为原型的代价函数，然后利用自动微分工具计算代价函数的梯度信息，再基于两阶段的数值迭代过程快速反演可燃物含水率，最后结合多迭代初值选取策略，缓解弱敏感参数FMC的病态反演问题。本方法操作简单，仅需输入遥感植被指数，即可快速反演可燃物含水率，且能考虑太阳天顶角及方位角等几何参数的动态变化，适用于基于静止气象卫星多时相、多角度观测数据的FMC反演，这对于近实时的森林火灾风险管控具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及遥感反演技术领域，特别是一种基于静止气象卫星的植被冠层可燃物含水率反演方法及系统。

背景技术

野火是生态系统中一种复杂的自然干扰过程，不仅破坏生态环境，释放温室气体，影响全球气候，还威胁人民生命财产安全。野火风险评估与预警作为森林和草原管理的一项重要举措，对于火灾的有效预防和管控工作具有重要意义。

可燃物含水率(Fuel Moisture Content,FMC)定义为植被冠层含水量与其干重的比率，与火灾的发生及蔓延过程密切相关，是评估野火风险的关键指标因子。因此，准确、及时获取FMC对于野火风险评估与预警至关重要。卫星遥感技术能够进行长时间序列、高分辨率的地表观测，为大范围、近实时的FMC监测提供了有效途径。目前，FMC反演通常使用太阳同步轨道卫星获取的光学遥感影像，包括Landsat系列卫星、Sentinel-2系列卫星、中等分辨率成像光谱仪MODIS产品等。这些光学遥感影像虽然具有较高空间分辨率，但其时间分辨率较低，导致反演获取的FMC时效性较差，无法满足近实时的野火风险评估与预警需求。相比之下，静止气象卫星Himawari-8能够以10分钟的重访周期进行对地观测，可形成丰富的遥感观测数据，在近实时FMC获取及野火风险评估与预警中具有较大的应用潜力。

FMC反演研究可采用经验统计和基于物理模型的方法，前者严重依赖于实测数据，难以大范围应用，后者考虑植被辐射传输机制，具有较高的普适性。然而，目前针对基于静止卫星数据的FMC反演研究鲜少，如何基于静止气象卫星的多时相、多角度观测数据反演FMC，实现近实时获取FMC，是进一步提高野火风险评估与预警时效性关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于静止气象卫星的植被冠层可燃物含水率反演方法，该方法用于近实时估算植被冠层可燃物含水率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基于静止气象卫星的植被冠层可燃物含水率反演方法，包括以下步骤：

步骤1：获取静止气象卫星观测数据，生成用于植被指数计算的地表反射率数据；

步骤2：构建植被辐射传输模型；构建关于归一化差分植被指数NDVI、增强植被指数EVI、归一化差分红外指数NDII的代价函数T_RMSE；

步骤3：获取代价函数T_RMSE关于自由变量的偏导数，用于计算梯度信息；

步骤4：利用既约梯度算法分两阶段迭代求解FMC，在第一阶段反演敏感参数等水分厚度EWT、叶面积指数LAI和土壤因子psoil，在第二阶段反演弱敏感参数可燃物含水率FMC和叶绿素a和b含量C_ab；

步骤5：针对不同初值组合下使用两阶段既约梯度算法迭代求解出的所有可燃物含水率FMC结果。

进一步，所述归一化差分植被指数NDVI、增强植被指数EVI、归一化差分红外指数NDII及其代价函数T_RMSE，按照以下公式进行计算：