Continuous monitoring of grassland AGB during the growing season through integrated remote sensing: a hybrid inversion framework

反演(地质) 草原 遥感 地理 环境科学 地质学 地貌学 生态学 构造盆地 生物
作者
Hang Li,Kai Liu,Banghui Yang,Shudong Wang,Yu Meng,Dacheng Wang,Xingtao Liu,Long Li,Dehui Li,Yong Bo,Xueke Li
出处
期刊:International Journal of Digital Earth [Taylor & Francis]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1080/17538947.2024.2329817
摘要

Inverting grassland above-ground biomass (AGB) presents a significant challenge due to difficulties in characterizing leaf physiological states and obtaining accurate ground-truth data. This study introduces an innovative hybrid model for AGB inversion based on the AGB = leaf mass per area (LMA) * leaf area index (LAI) paradigmn in the Ewenki Banner region of Inner Mongolia. The model integrates the PROSAIL radiative transfer model, machine learning regression, LEnKF data assimilation theory, multisource remote sensing, and meteorological data, following a four-step approach. Firstly, we establish LAI and LMA inversion models by combining the PROSAIL model with machine learning techniques. Secondly, data assimilation fuses the PROSAIL-derived LAI with MODIS-LAI. In the third phase, a Random Forest predictive model is developed for LMA estimation. Lastly, the accuracy of the hybrid model is assessed using empirical data. Precision evaluation with ground-truth samples demonstrates that the assimilated LAI and RF-predicted LMA yield the lowest prediction error for grassland AGB (RMSE = 0.0033 g/cm2; MAE = 0.0028 g/cm2). This model framework addresses the challenge of limited prior knowledge in the PROSAIL-AGB prediction model, thereby enhancing the prediction accuracy while maintaining its key advantages: providing continuous observations at high spatiotemporal resolutions without relying on measured sample data.
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