叶面积指数（Leaf area index, LAI）定义为单位面积上单面绿叶面积的总和。近年来，国内外学者利用单一时相卫星观测数据生产了多个全球LAI产品（表1），这些LAI产品在时间和空间上不连续，而且产品精度有待进一步提高。
表1 全球主要LAI产品基本信息
| 产品名称 | 卫星/传感器 | 空间分辨率 | 时间分辨/ 时间跨度 |
参考文献 |
|---|---|---|---|---|
| MODIS | MODIS | 1km/500m |
8/4 days 2000 – |
Myneni et al., 2002 |
| GEOV1 | VEGETATION | 1/112° (~1km) |
10 days 1999 – |
Baret et al., 2013 |
| GIMMS3g | AVHRR | 1/12° (~ 8 km) |
15 days 1981 – 2011 |
Zhu et al., 2013 |
| NCEI | AVHRR | 0.05° ( ~ 5 km) |
1 day 1981 – |
Claverie et al., 2016 |
| MUSES | MODIS | 1km/500m/250m |
8 days, 2000 – |
Xiao et al., 2014, 2016, 2022 |
| AVHRR | 0.05°(~ 5km) |
8 days, 1981 – |
针对现有全球LAI产品存在的问题，肖志强等(Xiao et al., 2014; 2016; 2022)提出了一种利用广义回归神经网络（GRNN）集成时间序列卫星观测数据反演LAI的方法。与现有的神经网络方法仅仅使用单一时相卫星观测数据反演LAI不同，该算法中的GRNN使用一整年的地表反射率作为输入，输出是针对每个像元一整年的LAI数据，如图1所示。
图1 MUSES LAI反演算法原理图
基于该方法，利用AVHRR地表反射率数据生产了5km分辨率的MUSES LAI产品，利用MODIS地表反射率数据生产了1km、500m和250m分辨率的MUSES LAI产品，利用Landsat地表反射率数据生成了30m分辨率的MUSES LAI产品。MUSES LAI产品时间连续、空间完整。
图2为1km分辨率MUSES LAI产品1月份和7月份2001−2010年LAI均值的全球分布图，MUSES LAI产品空间上完整，没有缺失值。
图2 1km分辨率MUSES LAI产品(a)1月和(b)7月2001−2010年LAI均值的空间分布
图3是不同空间分辨率LAI产品在BarraxLasTiesas站点区域的对比图。
图3 2015年第201天不同空间分辨率的LAI产品在BarraxLasTiesas站点区域上的比较。
(a) 30m分辨率LAI参考图，（b）250 m分辨率的MUSES LAI产品，（c）500m分辨率的MODIS LAI产品（MCD15A2H）和（d）1000m分辨率的MODIS LAI产品（MCD15A2）
图4比较了不同植被类型站点上1km分辨率MUSES、MODIS和GEOV1 LAI产品的时间序列曲线，MUSES LAI产品时间系列曲线连续平滑。
图4 1km分辨率MUSES、MODIS和GEOV1 LAI产品的时间序列曲线
图5中展示了1km分辨率的MUSES、GEOV1和MODIS LAI产品与由高分辨率LAI影像聚合得到的LAI均值的散点图。MUSES LAI产品比GEOV1 LAI产品和MODIS LAI产品表现更好。
图5 MUSES、GEOV1和MODIS LAI产品与地面测量数据的散点图比较
参考文献
Zhiqiang Xiao, Jinling Song, Hua Yang, Rui Sun and Juan Li. A 250 m resolution global leaf area index product derived from MODIS surface reflectance data. International Journal of Remote Sensing, 43(4), 1199-1225, 2022. (下载)
Xiao Zhiqiang, et al. Use of General Regression Neural Networks for Generating the GLASS Leaf Area Index Product From Time-Series MODIS Surface Reflectance. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,52, 209-223, 2014. (下载)
Xiao Zhiqiang, et al. Long-time-series global land surface satellite leaf area index product derived from MODIS and AVHRR surfacere flectance. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54, 5301-5318, 2016. (下载)
Xiao Zhiqiang, et al. Evaluation of four long time-series global leaf area index products. Agricultural and Forest Meteorology, 246, 218-230, 2017. (下载)
Juan Li, Zhiqiang Xiao. Evaluation of the version 5.0 global land surface satellite (GLASS) leaf area index product derived from MODIS data. International Journal of Remote Sensing, 41(23), 9140-9160, 2020. (下载)