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Temperature dependence of L-band vegetation optical depth over the boreal forest from 2011 to 2022
Remote Sensing of Environment ( IF 11.1 ) Pub Date : 2024-10-23 , DOI: 10.1016/j.rse.2024.114470 Mike Schwank, Yiwen Zhou, Arnaud Mialon, Philippe Richaume, Yann Kerr, Christian Mätzler
Remote Sensing of Environment ( IF 11.1 ) Pub Date : 2024-10-23 , DOI: 10.1016/j.rse.2024.114470 Mike Schwank, Yiwen Zhou, Arnaud Mialon, Philippe Richaume, Yann Kerr, Christian Mätzler
The dependence of L-band Vegetation Optical Depth (L-VOD, τ ) on Vegetation temperature T V is investigated for 1165 boreal forest grid cells selected for latitudes > 55° and high radiometric forest fraction FFO ≥ 90 % . SMOS Level-3 Brightness Temperatures (BT) at ascending orbits acquired from 2011 to 2022 are used. This is a spatio-temporal extension of our previous study on τ T V made over the “Sodankylä grid cell” (Finland) in 2019. It demonstrated the Electromagnetic (EM) reasons for τ T V reaching maximum at 0°C and decreasing when T V is moving away from 0°C. The parameterisation of the "L-VOD model" developed in the previous study is simplified and updated to take into account the conservation of salt in sap-water during freezing. The “forward operator” based on the Two-Stream Microwave Emission Model (2S-MEM) is inverted to retrieve τ SMOS T V together with effective Ground permittivities ε G during seasonal Warming Periods (WPs) determined from ERA-interim air temperatures. The “L-VOD model” parameters T melt WC wood are estimated for the boreal forest grid cells by minimizing squared differences between τ SMOS T V and simulated τ sim T V . The vegetation melt-parameter T melt represents the “number of degrees below 0°C” at which sap-water melts, and WC wood is the gravimetric wood-Water Content of branches. Reasonable values of T melt WC wood are achieved for a majority of the boreal forest grid cells. It is found that T melt tends to be too high over Northern Europe, a region with longer WP durations compared to other regions of the boreal forest belt. By optimising the scattering albedo used to retrieve τ SMOS T V , the correlations between τ sim T V and τ SMOS T V can be increased, thereby improving the reliability of T melt WC wood . The results raise the possibility of an alternative method to parameterise the scattering albedo of boreal forests by means of the reality-based nature of τ SMOS T V associated with the consistency of T melt with expected values. The study also shows that estimating the Above-Ground Biomass (AGB) of boreal forests using L-VOD must take into account the reduction in L-VOD due to the EM-reasons resulting from freezing sap-water in wooden branches, which dominate the radiative transfer at L-band.
中文翻译:
2011—2022 年北方森林 L 波段植被光学深度的温度依赖性
针对纬度 > 55° 和高辐射森林分数 FFO≥90% 选择的 1165 个北方森林网格单元,研究了 L 波段植被光学厚度 (L-VOD, τ) 对植被温度 TV 的依赖性。使用 2011 年至 2022 年在升轨道上获得的 SMOS 3 级亮度温度 (BT)。这是我们之前在 τTV 上于 2019 年对“Sodankylä grid cell”(芬兰)进行的研究的时空延伸。它证明了 τTV 在 0°C 时达到最大值并在 TV 远离 0°C 时降低的电磁 (EM) 原因。 在先前研究中开发的“L-VOD 模型”的参数化被简化和更新,以考虑冻结过程中汁液中盐分的守恒。基于双流微波发射模型 (2S-MEM) 的“前向算子”被反转,以在由 ERA 临时气温确定的季节性变暖期 (WP) 期间检索 τSMOSTV 和有效接地介电常数 εG。通过最小化 τSMOSTV 和模拟 τsimTV 之间的平方差,估计北方森林网格单元的“L-VOD 模型”参数 TmeltWCwood。植被融化参数 Tmelt 表示树液-水融化的“低于 0°C 的度数”,WCwood 是树枝的重量木材含水量。大多数北方森林网格单元都达到了 TmeltWCwood 的合理值。研究发现,北欧的 Tmelt 往往太高,与北方森林带的其他地区相比,该地区的 WP 持续时间更长。通过优化用于检索 τSMOSTV 的散射反照率,可以增加 τsimTV 和 τSMOSTV 之间的相关性,从而提高 TmeltWCwood 的可靠性。 结果提出了一种替代方法的可能性,即通过与 Tmelt 与预期值的一致性相关的 τSMOSTV 的基于现实的性质来参数化北方森林的散射反照率。该研究还表明,使用 L-VOD 估计北方森林的地上生物量 (AGB) 必须考虑到 L-VOD 的减少,这是由于木枝中冻结的树液水导致的 EM 原因造成的,这在 L 波段的辐射传输中占主导地位。
更新日期:2024-10-23
中文翻译:
2011—2022 年北方森林 L 波段植被光学深度的温度依赖性
针对纬度 > 55° 和高辐射森林分数 FFO≥90% 选择的 1165 个北方森林网格单元,研究了 L 波段植被光学厚度 (L-VOD, τ) 对植被温度 TV 的依赖性。使用 2011 年至 2022 年在升轨道上获得的 SMOS 3 级亮度温度 (BT)。这是我们之前在 τTV 上于 2019 年对“Sodankylä grid cell”(芬兰)进行的研究的时空延伸。它证明了 τTV 在 0°C 时达到最大值并在 TV 远离 0°C 时降低的电磁 (EM) 原因。 在先前研究中开发的“L-VOD 模型”的参数化被简化和更新,以考虑冻结过程中汁液中盐分的守恒。基于双流微波发射模型 (2S-MEM) 的“前向算子”被反转,以在由 ERA 临时气温确定的季节性变暖期 (WP) 期间检索 τSMOSTV 和有效接地介电常数 εG。通过最小化 τSMOSTV 和模拟 τsimTV 之间的平方差,估计北方森林网格单元的“L-VOD 模型”参数 TmeltWCwood。植被融化参数 Tmelt 表示树液-水融化的“低于 0°C 的度数”,WCwood 是树枝的重量木材含水量。大多数北方森林网格单元都达到了 TmeltWCwood 的合理值。研究发现,北欧的 Tmelt 往往太高,与北方森林带的其他地区相比,该地区的 WP 持续时间更长。通过优化用于检索 τSMOSTV 的散射反照率,可以增加 τsimTV 和 τSMOSTV 之间的相关性,从而提高 TmeltWCwood 的可靠性。 结果提出了一种替代方法的可能性,即通过与 Tmelt 与预期值的一致性相关的 τSMOSTV 的基于现实的性质来参数化北方森林的散射反照率。该研究还表明,使用 L-VOD 估计北方森林的地上生物量 (AGB) 必须考虑到 L-VOD 的减少,这是由于木枝中冻结的树液水导致的 EM 原因造成的,这在 L 波段的辐射传输中占主导地位。