流域水土资源利用与生态保护团队在植被物候遥感方面取得研究进展

2026年2月7日，河海大学地理与遥感学院流域水土资源利用与生态保护团队在Remote Sensing of Environment上发表题为“Guiding VI selection for phenology monitoring: Differential sensitivity of vegetation indices to temporal dynamics in canopy leaf area and pigment”的研究论文，揭示了遥感植被指数在监测植被物候时对冠层叶面积与叶绿素变化的敏感性差异，为明晰遥感地表物候的生态解释能力提供了科学依据。

物候学关注诸如春季叶片萌发等周期性生物事件的发生时间，在气候动态与生态系统过程之间构建了关键联系，为揭示植被如何响应季节性气候变化提供了有力依据。植被指数是遥感监测地表物候的重要工具，广泛应用于监测植被生长季起始时间（SOS）等物候期。然而，在面向同一对象时，不同遥感植被指数往往得出不一致的物候估计，其主要原因在于卫星捕捉的植被冠层光谱信号同时受冠层叶面积和叶片色素变化的共同影响（图1）。因此，如何选择恰当的植被指数以准确反映叶面积扩展或叶色素累积等不同生物过程，是目前遥感物候研究中的核心挑战之一。

图1. 卫星NDVI检测到的不同成因下森林冠层尺度绿化示意图

针对上述问题，团队收集野外实测森林叶面积指数与叶绿素含量数据，结合PROSAIL辐射传输模型，系统模拟了在不同叶面积与叶绿素变化情景下冠层尺度21种常用遥感植被指数的时间序列。通过设计控制实验，量化了各植被指数所提取的SOS对叶面积与叶绿素SOS的响应及敏感性差异（图2），并利用多源观测数据进行了验证。研究表明：1）大部分植被指数所提取的SOS对叶面积变化更为敏感，其中基于NDII的SOS对冠层叶面积SOS的指示能力最强；2）少数指数如CVI、MTCI等更适用于监测色素相关的物候过程；3）植被指数的敏感度与其波段选择和公式表达密切相关，且受提取方法、观测尺度等影响。

本研究首次系统分析了遥感植被指数在监测冠层叶面积与叶绿素春季物候方面的表现差异，提出了针对不同物候研究目标选择相应植被指数的具体建议（图3），为提升全球变化背景下遥感物候产品的生态解释能力提供了有益参考。

图2. 基于不同植被指数的SOS对研究站点森林冠层叶面积或叶绿素SOS变化的响应

图3. 不同遥感植被指数所提取的SOS对冠层叶面积与叶绿素SOS指示能力的权衡关系 

该研究由我院流域水土资源利用与生态保护团队牵头、联合香港大学等单位完成。学院金佳鑫副教授为论文第一作者，金佳鑫与香港大学吴锦副教授为共同通讯作者，南京师范大学杨沛琦教授、北京师范大学漆建波教授、南京林业大学王维枫教授等合作者给予论文重要指导。该成果得到国家重点研发计划（2024YFF0808704）、国家自然科学基金（41971374, 42571144）、香港研究资助局协作研究基金（#C5062-21GF）等项目资助。

论文信息：Jin, J., Cheng, X., Cai, Y., Qin, Y., Zhu, Q., Wang, W., Yang, P., Qi, J., Zhou, F., Yang, G., and Wu, J., 2026. Guiding VI selection for phenology monitoring: Differential sensitivity of vegetation indices to temporal dynamics in canopy leaf area and pigment. Remote Sensing of Environment, 335, 115296. https://doi.org/10.1016/j.rse.2026.115296

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425726000660