Exploring the Potential of Gaofen-1/6 for Crop Monitoring: Generating Daily Decametric-Resolution Leaf Area Index Time Series

叶面积指数 遥感 卫星 环境科学 系列(地层学) 时间序列 均方误差 植被(病理学) 数学 气象学 统计 物理 地理 农学 医学 古生物学 病理 天文 生物
作者
Baodong Xu,Haodong Wei,Zhiwen Cai,Jingya Yang,Zhewei Zhang,Cong Wang,Jing Li,Jing Zhao,Yonghua Qu,Gaofei Yin,Aleixandre Verger
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:61: 1-14 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tgrs.2023.3257290
摘要

High spatiotemporal resolution time series of leaf area index (LAI) are essential for monitoring crop dynamics and validating coarse-resolution LAI products. The optical satellite sensors at decametric-resolution have historically suffered from a long revisit cycle and cloud contamination issues that hampered the acquisition of frequent and high-quality observations. The 16-m/4-day resolution of the new generation Gaofen-1 (GF-1) and Gaofen-6 (GF-6) satellites provide an unprecedented opportunity to address these limitations. Here we developed an effective strategy to generate daily 16-m LAI maps combing GF-1/6 data and ground LAINet measurements. All high-quality GF-1/6 observations were utilized first to derive smoothed time series of vegetation indices (VIs). Second, a random forest regression (RF-r) model was trained to link the VIs with corresponding field LAI measurements. The trained RF-r was finally employed to generate the LAI maps. Results demonstrated the reliability of the reconstructed daily VIs (relative error < 1%) and the derived LAI time series, which greatly benefited from GF-1/6 high frequency observations. The direct comparison with field LAI measurements by LAI-2200/LI-3000 showed the good performance of retrieved LAI maps, with Bias, RMSE and R 2 of 0.05, 0.59 and 0.75, respectively. The LAI time series well captured the spatiotemporal variation of crop growth. Furthermore, the continuous GF-1/6 LAI maps outperformed Sentinel-2 LAI estimates both in terms of temporal frequency and accuracy. Our study indicates the potential of GF-1/6 to generate continuous decametric-resolution LAI maps for fine-scale agricultural monitoring.
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