论文亮点:
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本研究利用卫星遥感数据测量了夜间灯光(ALAN)的差异特征;
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在落叶植被密集区域,夜间灯光各向异性具有显著的季节性变化;
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夜间灯光各向异性在落叶期(leaf-off)高于生长期(leaf-on);
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植被物候变化越强,夜间灯光差异性的季节性变化越明显。
Li J, Li X, Li D. Impact of vegetation phenology on anisotropy of artificial light at night-Evidence from multi-angle satellite observations[J]. Remote Sensing of Environment, 2025, 317: 114525.
夜间灯光(ALAN)的差异性现象已通过卫星观测得到揭示,这是因为可见光红外成像辐射仪日/夜波段(VIIRS DNB)能够提供夜间灯光的多角度观测。
然而,目前关于该现象背后的机制了解非常有限。本研究假设植被物候会影响夜间灯光的各向异性特征,即辐射强度随观测天顶角(VZA)变化的规律。
我们分别利用VNP13A1和VNP46A2产品提取了描述植被物候的归一化植被指数(NDVI)时间序列和描述夜间灯光差异性的变化指数(CI)。
通过在北美地区11个郊区研究区内比较同一位置不同季节的夜间灯光各向异性变化,我们分析了植被物候的影响。
研究发现,夜间灯光的差异性呈现出显著的季节动态变化,并与NDVI的季节变化趋势保持一致,两者在像元尺度(相关系数0.41 < r < 0.79)和区域尺度(相关系数0.56 < r < 0.92)上均表现出显著的正相关性。
此外,
我们还发现,这11个研究区内夜间灯光各向异性的季节性与植被物候的季节性之间存在显著相关性(r = 0.75)。
上述研究结果均表明,植被的生长可以降低夜间灯光的差异性,即植被生长有助于夜间光辐射更为均匀地分布于不同的方向,这验证了我们的研究假设。
这些发现对于考虑植被物候的夜间灯光时间序列数据的角度归一化处理、提高数据质量,以及更好地建立用于模拟天文光污染的城市辐射函数(CEF)具有潜在的重要意义。
图 1.
研究区位置分布,所有研究区位于各城市的郊区。
图 2.
华盛顿特区(北纬39.027°,西经77.335°)中观测天顶角(VZA)与两个变量之间关系的示例
:(a) 观测天顶角与辐亮度的关系;(b) 观测天顶角与辐射强度的关系。
图3.
2016年至2018年期间CI和NDVI的时间序列:
(a) 蒙特利尔,(b) 明尼阿波利斯,(c) 多伦多,(d) 底特律,(e) 波士顿,(f) 芝加哥,(g) 纽约,(h) 哥伦布,(i) 印第安纳波利斯,(j) 华盛顿和(k) 圣路易斯。注:每年的月份被划分为六个时间段(1–2月、3–4月、5–6月、7–8月、9–10月、11–12月)。
图 4.
2016年至2018年NDVI散点图:
(a) 蒙特利尔,(b) 明尼阿波利斯,(c) 多伦多,(d) 底特律,(e) 波士顿,(f) 芝加哥,(g) 纽约,(h) 哥伦布,(i) 印第安纳波利斯,(j) 华盛顿和(k) 圣路易斯。红色曲线为使用公式(7)拟合的结果。