ESA CCI土壤湿度资料在中国东部的综合评估

卫星遥感的土壤湿度产品为研究区域尺度的气候变化、水文效应等提供了便利,然而由于观测标准不统一、仪器更迭等因素,长时间序列土壤湿度数据集在我国的验证和应用犹显不足。该文基于中国气象局农气数据集和国际土壤水分网络(international soil moisture network,ISMN)的土壤湿度资料,首先构建了1981—2013年中国东部地区土壤湿度的月数据集;并在此基础上对比分析了同时间段欧洲航天局气候变化倡议项目(European apace agency climate change initiative,ESA CCI)的4种微波遥感土壤湿度产品(包括主动、被动、融合和校正的融合产品)在中国东部的表现能力。结果显示,主动产品和被动产品分别低估、高估了中国东部的土壤湿度,其中主动产品的最大偏差分布在华北和西北地区,相对偏差分别达到-30.9%和-29.6%,被动产品在东北和西北地区的相对偏差分别为39.1%和26.5%,融合产品可以很好地改进东北地区和西北地区主动产品低估、被动产品高估的现象,相对偏差分别减少到24.3%和3.7%。对区域平均的月土壤湿度的变化特征而言,主动产品和融合产品在江淮地区的表现最优,最高相关系数达0.66,被动产品和融合产品在东北地区的相关系数达0.44和0.47,华北地区和西北地区较差。通过对遥感产品方差来源进行分析,主动产品在描述土壤湿度的演变特征方面更具优势,被动产品在精度方面表现更优,融合产品在精度方面表现最佳。该文同时研究了CCI集成卫星设备的更迭对产品表现的影响,结果表明,不同时间段的主动产品在东北和西北表现较一致,被动传感器在再现土壤湿度的变化特征方面还有一定的差距,融合产品的整体方差明显优于主动产品和被动产品,但是在相关系数方面,融合产品在东北和西北较主动产品基本相当。校正后的融合产品没有特别明显的改进,这在一定程度上证明了利用CCI融合产品进行长期研究的可行性。研究结果有助于更深刻地理解不同卫星产品数据集的误差结构和特性,为研究者挑选相应数据产品、以及进行长时间序列的研究提供了证据支持。