全球土壤水分天地观测匹配度如何度量？中国团队研究提出新方法

  中国科学院空天信息创新研究院（空天院）2月6日向媒体发布信息说，针对全球土壤水分天地观测存在卫星“面尺度”和地面“点尺度”的不匹配问题，该院曾江源研究团队最新通过分析全球322个站点的空间代表性与环境异质性之间的关系，发现地表类型是影响土壤水分站点空间代表性的主要因素，并提出评估站点下垫面空间异质性的新方法。

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  这项在全球土壤水分站点的空间代表性及其影响因素方面取得的重要进展，可以更好地了解现有全球土壤水分站点在卫星数据产品验证中的可用性，并为卫星土壤水分产品的有效验证及未来土壤水分站点的合理布设与应用提供方法与依据。其相关成果论文，近日在国际专业学术期刊《国际电气与电子工程师协会—地球科学与遥感学报》发表。

  论文通讯作者曾江源研究员指出，卫星微波遥感尤其是被动微波遥感，是获取大尺度土壤水分信息最有效的手段之一，但同时也受卫星传感器天线尺寸的限制存在空间分辨率低的问题（通常为数十公里）。地面站点观测可以提供真实的土壤水分信息，常被用于微波遥感土壤水分产品的精度验证。不过，由于“面尺度”卫星观测与“点尺度”地面观测存在巨大的空间尺度不匹配问题，导致验证结果存在较大的不确定性。这种不确定性主要归结于卫星像素内的下垫面异质性而导致的站点空间代表性问题。然而，由于地表下垫面情况复杂多样且缺乏卫星“面尺度”的土壤水分真值，使得有效量化全球土壤水分站点的空间代表性及其影响因素成为巨大挑战。

  论文第一作者、中国科学院空天院硕士研究生彭晨晨介绍说，为解决全球土壤水分天地观测尺度不匹配的问题，在本项研究中，研究团队从全球尺度土壤水分站点空间代表性如何度量、地表下垫面的空间异质性如何表征、空间异质性如何影响站点空间代表性三个方面展开深入分析研究；利用扩展三重匹配技术，实现对站点的空间代表性评估；利用空间异质性指标和空间标准偏差，在全球尺度上量化了土壤质地、地表类型、海拔和植被覆盖度等4种地表下垫面影响因素的空间异质性。

  此外，研究团队还提出考虑站点位置信息的下垫面异质性度量新指标——站点相似面积比，其优势在于不仅考虑卫星像素内环境因素的空间异质性，也考虑到站点的下垫面情况。

　　曾江源表示，他们这项研究提出的站点空间代表性及其影响因素的评估框架具有普适性，既可以用于土壤水分观测，也可以用于地表温度、植被参数、积雪深度等其他地表参数，能更好地服务于卫星产品的可靠性验证与应用。