祁连山区不同植被类型上的SMOS遥感土壤水分产品质量评估

为了分析SMOS遥感土壤水分产品在祁连山区的真实性和可靠性,利用祁连山区内布设于7种主要植被类型上的34个实测站点的实测土壤水分数据对其进行质量评估。首先挑选与实测值相对应的SMOS数据,进而依次计算每个站点上遥感产品与实测值的相关系数R、Bias和均方根误差RMSE,从而得到SMOS数据在不同植被类型上不同尺度(年和季节)的反演精度。结果表明:SMOS遥感土壤水分产品在研究区内是可信的,但低估了研究区土壤水分值,且未能达到产品预期目标0.04m^3/m^3。SMOS产品对于植被辐射反演效果好于土壤辐射反演,导致其在植被覆盖度越高的区域与实测值的拟合程度越高。SMOS产品在湿润条件下性能优于干旱条件,在变异性小的地区性能优于变异性大的地区。在季节尺度上,SMOS遥感产品与实测值拟合程度在夏、秋两季远好于春季。

卫星土壤水分产品在青藏高原地区的适用性评价

为了分析土壤水分产品在青藏高原地区的可靠性和适用性,利用青藏高原地区地下5 cm深度的地面实测土壤水分数据,结合多种评价指标(相关系数R、均方根误差RMSE、偏差Bias和无偏均方根误差ubRMSE)对土壤水分主动-被动探测卫星(SMAP)、高级微波扫描辐射计2(AMSR2)、风云三号(FY-3B)土壤水分产品,从时间和空间两个方面进行了适用性研究。结果表明:(1)土壤水分产品均能反映青藏高原的土壤水分变化,在降水较多的季节,三种产品精度均有不同程度的下降。(2)土壤水分产品在夏季和秋季反演效果好于冬季和春季,并且在秋季与实测值更接近。其中,SMAP产品在各个区域都能反映土壤水分的季节变化趋势,并普遍在夏季高估、冬季低估;AMSR2产品在夏季低估,冬季明显高估;FY-3B产品在夏季普遍低估。(3)土壤水分产品在那曲和狮泉河地区反演结果较好,在那曲地区与实测值相关性最高;在玛曲地区表现出较大的不确定性,虽然相关系数较高,但RMSE和Bias同样较高,整体精度较差;SMAP产品在阿里地区满足目标精度。综合来看,SMAP产品在青藏高原地区反演结果较为稳定,受气候和环境的影响较小,具有相对较大的R和较小的RMSE和Bias。

SMOS和SMAP卫星土壤水分产品的对比评价与差异分析

为了对比分析SMOS(soil moisture and ocean salinity)和SMAP(soilmoisture active passive)遥感产品土壤含水量数据的质量与精度,本文基于来自美国本土的3种测站网络CRN(climate reference network)、SCAN(soil climate analysis network)和SNOTEL(snowpack telemetry network)的261个站点实测数据,从整体与分站点两个角度进行评价,并探究影响二者表现差异的不同影响因子。结果表明:①对两种卫星遥感水分产品进行整体评价或按照站点进行评价时,SMAP表现均优于SMOS;②同一土壤水分产品在不同土地覆盖类型下的精度差异较大,不同土壤水分产品对于同种土地覆盖类型的响应不同;③季节变化下温度和降水变化,从而影响卫星反演精度;④地形与海拔变化也会引起卫星产品反演水平的变化,随着海拔高度升高,卫星观测的准确性降低。综合来看,目前直接利用卫星观测获取的土壤含水量与实测值之间仍存在一定差异,未来我们应进一步提高卫星观测数据的准确性。

祁连山区DISPATCH、多元回归降尺度方法及SMAP产品的应用对比

土壤水分对山区水文过程具有重要意义,遥感土壤水分产品能够长时间序列地提供山区流域的土壤水分空间分布数据,但分辨率较粗,无法直接应用,因此需要在山区进行降尺度研究.本文采用DISPATCH(disaggregation base on physical and theoretical scale change)方法和多元回归方法对SMAP(soil moisture active passive)36 km×36 km遥感土壤水分产品进行降尺度,进而选取SMAP (9 km×9 km)的高精度遥感土壤水分产品和实测土壤水分数据,利用R(相关系数)、ERMS(均方根误差)和Ebias(偏差)指标评估降尺度结果.评估结果表明:由于2种降尺度方法的函数关系和反演过程存在差异,DISPATCH方法降尺度结果的数据趋势拟合效果较好,而多元回归方法降尺度结果的数据精度较好;在季节尺度对比中,不同季节山区温度和土壤水分的时空变化,导致多元回归方法降尺度效果春季最好,秋季次之,而夏季最差;DISPATCH方法降尺度效果秋季最好,夏季次之,而春季最差;亮温数据和SMAP表层土壤温度数据在山区的质量,导致2种方法降尺度结果的精度均比SMAP (9 km×9 km)产品好,但趋势拟合效果较差.