9月17日，全球變化領域期刊Global Change Biology在線發表了來自蘭州大學資源環境學院馬軒龍團隊的綜述文章“Monitoring Nature’s calendar from space: emerging topics in land surface phenology and associated opportunities for science applications”。該綜述系統回顧了陸表物候學的最新研究進展，結合包括全球變化生態學、陸地碳水循環、城市化和人類健康等關鍵科學問題，以及新型衛星傳感器、地理網絡大數據和人工智能等新興技術，對陸表物候學下一階段需要重點關注的領域進行了深入探討，并提出了遙感物候參數反演技術的發展要與生態學、農學和全球變化等學科所關注的科學問題緊密耦合的重要觀點。

物候學主要研究動植物的生長季節性及其與環境要素之間的關系。在氣候變化背景下，物候作為生態系統對環境變化響應的最直接體現方式，日益受到學界關注。對植被物候的準確表達，能夠顯著提高模型對全球陸地生態系統碳、水、能量循環的模擬精度。作為遙感、生態學和生物氣象學的交叉學科，陸表物候學研究如何利用衛星遙感技術在全球尺度上對陸表植被的季節動態和物候期進行監測。隨著衛星傳感器性能的提升和數據融合技術的不斷創新，在更高的時空分辨率上細化物候變化成為可能，為研究生態系統精細尺度動態提供了新的機遇。然而目前為止缺乏系統的、以科學問題為中心的陸表物候學發展研究綜述，為此馬軒龍研究團隊與來自美國、瑞士、澳大利亞和新加坡等國的學者合作，在多次線上線下討論的基礎上，構思并完成了該綜述 (Ma et al. 2022)。

圖1(a) 陸表物候學的六個新興重要主題；(b) 衛星遙感物候參數反演的技術挑戰；(c) 陸表關鍵物候時期示意圖 (Ma et al. 2022)。

近兩年來，馬軒龍研究團隊在植被定量遙感基礎研究與生態監測應用等方面取得了一系列進展。新一代地球靜止軌道衛星所搭載的傳感器具有更高的空間、時間、光譜分辨率，為生態遙感監測應用提供了新的機遇。例如我國的風云4號A星和日本的葵花8號（H8/AHI）衛星，所搭載的傳感器能以10分鐘的觀測頻率獲取可見光、近紅外、熱紅外等光譜區間的大氣和地面觀測數據。如何利用這些前所未有的海量靜止衛星觀測，形成服務于全球變化和生態遙感科學研究的高時空一致性和高精度植被參數數據集，是當前植被定量遙感領域面臨的緊迫挑戰。為此，研究團隊基于高頻次靜止衛星觀測，在考慮云遮掩與BRDF效應的前提下，發展了一套行之有效的靜止衛星數據預處理和植被參數日合成算法，并以此為基礎探索了不同生態系統的季節植被動態和物候期變化。研究結果表明，由于更高的時間分辨率，靜止衛星觀測能夠更好地克服云遮掩與BRDF效應，提高植被動態遙感的數據完整性和準確性，有助于我們在更加精細的時間尺度上理解全球植被對氣候變化的響應機制。相關成果發表在地學與遙感領域期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation（影響因子7.672）上(Zhao et al. 2022)。

圖2(a) Himawari-8全圓盤影像；(b) H8/AHI在大滿站點一年內有云和無云的觀測；(c) H8/AHI在甘肅大滿和山東禹城的年觀測數據對應的太陽天頂角變化；(d)研究站點分布；(e)H8/AHI 不同日合成方法比較;(f) H8/AHI日合成數據在站點尺度上的關鍵物候參數提取效果 (Zhao et al. 2022)。

區域和全球尺度上的衛星遙感觀測都伴隨著空間和時間上太陽天頂角（SZA）的巨大變化，但是太陽角度的變化對植被動態遙感的影響在很大程度上仍然是未知的，如何量化并校正太陽角度效應的影響是當前植被定量遙感領域的一個基礎科學問題。針對這一科學問題，研究團隊建立了綜合衛星觀測與BRDF模型模擬相結合的量化方法。結合極軌衛星與靜止衛星觀測，模擬并分析了季節內太陽天頂角變化對植被指數時間序列的影響，并量化了對植被物候參數提取造成的不確定性。研究結果表明，常用的植被指數NDVI和EVI在不同植被類型上、以及不同生長季階段，對太陽角度變化的敏感性存在較大差異，且NDVI的敏感性遠高于EVI。同時，由于季節內植被生長導致像元內植被組成和結構的變化，在不同季節植被指數對太陽角度變化的響應方式存在較大差異。相關成果發表在遙感領域權威期刊Remote Sensing（影響因子：5.349）上(Ma et al. 2020)。

圖3(a)站點位置的H8/AHI太陽觀測幾何示意圖；(b)不同站點的H8/AHI太陽角度日變化圖；(c) H8/AHI觀測在站點當地日正午時間太陽天頂角的年變化圖；(d, e) 植被指數（VIs）對太陽天頂角（SZA）變化的敏感性分析。(d)是NDVI和EVI對SZA在20-60°變化范圍內的響應；(e)是不同植被生長階段NDVI和EVI對SZA變化的敏感性分析。為了便于站點之間的對比，VIs歸一到VISZA20。敏感性是指VIs隨SZA每度的變化值。圖上的誤差線表示均值的95%置信區間，斜率的統計顯著性指示如下：***（p 0.05）(Ma et al. 2020)。

當前國際上全球變化與生態遙感的研究仍然以歐美衛星數據為主，國產衛星數據存在定標精度不高、產品發展不完善、相關領域應用層次較低等緊迫問題。為了擺脫在關鍵科學問題和重大國民經濟領域對國外衛星遙感數據的嚴重依賴，研究團隊從基礎研究入手，針對國產衛星應用過程中面臨的種種挑戰，發展具有創新性的數據處理流程和參數反演算法，切實提升國產衛星在生態環境遙感領域的科研水平。團隊與包括國家氣象衛星中心、自然資源部國土衛星遙感應用中心、遙感科學國家重點實驗室等單位的學者合作，系統回顧了包括風云、資源、環境和高分等系列國產衛星近年來在植被生態遙感領域的研究進展，并對標當前國際主流對地觀測衛星傳感器的性能參數與應用層次，闡明了國產衛星的優勢及不足，為國產衛星的下一步發展以及在應用深度和廣度的提升提供了科學有益的參考(Zhang et al. 2022)。

圖4 (a) 新一代國產對地觀測衛星與設計相近的國際衛星波段設置的對比；(b) 國產衛星發射、服役時間分布；(c) 基于國產風云衛星繪制的2020年中國西北-中亞地區的植被生長季NDVI分布 (Zhang et al. 2022)。

黃河流域生態保護與高質量發展是國家重大戰略。甘南位于黃河上游和青藏高原東南邊緣，是黃河最重要的水源涵養區之一。為了更好地落實我校服務國家重大戰略、服務地方經濟發展的責任，研究團隊基于高分辨率、長時序衛星遙感數據研究了近二十年甘南黃河上游重要水源涵養區植被覆蓋的變化及其驅動因素。研究發現在濕潤和半濕潤地區，植被對溫度變化的敏感性大于對降水量變化的敏感性，而這種模式在半干旱地區則相反。且在相同的氣候背景條件下，不同植被類型在氣候變化敏感性上存在較大差異。這項研究結果在空間尺度上揭示了黃河流域上游植被對氣候變化響應的敏感性差異及造成這種差異的深層次原因，為更準確的預測黃河上游水源涵養區生態系統在未來氣候變化下的發展趨勢并制定科學合理的區域可持續發展和生態保護政策提供了理論依據，相關成果發表在遙感領域權威期刊RemoteSensing上 (Liang et al. 2022)。

圖5(a) 甘南水源涵養區在青藏高原以及黃河流域中的位置；(b) 2000年至2020年甘南水源涵養區植被覆蓋度（FVC）變化趨勢空間分布圖；(c) 甘南水源涵養區不同干燥度指數上FVC與降水或溫度間的相關系數分布圖；(d) 甘南水源涵養區2000-2020年不同干燥度指數上主要植被類型FVC變化斜率分布圖(Liang et al. 2022)。

我校資源環境學院馬軒龍研究團隊主要從事生態遙感與全球變化研究工作，發展基于遙感和地理信息技術的宏觀尺度生態系統變化監測理論與方法，量化生態系統對氣候變化和人類活動干擾的響應。近些年來，團隊在植被物候參數提取、植被生產力和生物多樣性估算等生態遙感關鍵技術上取得了多項突破，并以這些突破為基礎，探索并發現了典型生態脆弱區環境變化的重要自然現象和規律。團隊獲邀參加2021年地球大數據促進可持續發展目標監測和評估成果展，相關成果收錄在《地球大數據支撐可持續發展目標報告（2021）》。團隊負責人馬軒龍獲邀參加2021年亞洲-大洋洲地球科學學會年會和2022年可持續發展大數據國際論壇并作特邀報告。2021年馬軒龍獲頒亞洲-大洋洲地球科學學會Kamide Lecture Award（青年研究獎）。

以上工作得到國家自然科學基金（42171305）、甘肅省自然科學基金（21JR7RA499）、中央高�；�本科研業務費項目（lzu-jbky-ct11）、遙感科學國家重點實驗室開放課題（OFSLRSS202229）、資源與環境信息系統國家重點實驗室開放課題、地理信息科學教育部重點實驗室開放課題（KLGIS2022A02）和可持續發展大數據國際研究中心主任基金（CBAS2022DF006）等項目的支持。