遥感陆表温度真实性检验方法

20180701

科学研究和技术服务业

基础理论

论文

非均匀下垫面地表蒸散发遥感估算的空间尺度扩展方法研究

国家科技计划

与院校合作

中国科学院地理科学与资源研究所;北京师范大学;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

陆表温度是表征地表过程变化特征的重要物理量，是研究地表和大气之间物质和能量交换、气候变化等方面不可或缺的重要参数，在诸多国家重大应用需求中发挥了重要作用。然而，陆表温度的遥感获取是一个非常复杂的过程，造成陆表温度遥感产品存在着一定的不确定性。能否成功有效的评价陆表温度产品的精度成为制约陆表温度产品推广应用的最大障碍。由于陆表温度自身具有高度的时空变异性，因此地面观测的”点“尺度陆表温度已经无法代表”面“尺度的陆表温度产品真值，以点代面的简单粗暴验证方式会造成极大的误差。如何科学有效的验证陆表温度产品的精度一直是遥感科学界公认的难题。本项目通过近12年的持续研究，突破了陆表温度真实性检验的一系列瓶颈，解决了均质非同温以及非均质非同温条件下陆表温度无法验证的难题，实现了混合像元陆表温度的精度验证，在国际上引领了陆表温度真实性检验的发展方向，赢得了国际同行的广泛认可。主要发现点包括：

1. 首创了”基于辐射能”以及“一检两洽”的陆表温度真实性检验方法。通过有效避免直接测量像元尺度陆表温度的难题，突破了传统验证方法仅适用于夜间和温度均一地表的限制，搭建了航空高空间分辨率均质条件过渡至航天中低空间分辨率非均质条件的桥梁，为像元尺度陆表温度遥感反演产品的验证开辟了新的途径，全面实现了遥感像元尺度非同温下垫面的陆表温度真实性检验。 2.首创了针对遥感产品的普适性尺度转换理论模型。首次全面揭示了不同尺度信息源表达同一客观事物的差异，阐明了空间异质性和反演模型非线性结构对遥感产品尺度效应的影响，给出了尺度转换的解析表达式，完成了现有尺度转换方法在数学形式上的统一，发展了适用于关键辅助要素的尺度不变反演模型，有效消除了尺度效应误差，摆脱了传统尺度转换方法对于先验知识的依赖，提高了陆表温度真实性检验所需要的关键辅助要素的遥感反演精度。
2. 创新了大气水汽含量、叶面积指数以及陆表发射率的遥感反演方法。充分挖掘了遥感数据中蕴含的时-空-谱-角信息，通过模型简化和严格数学推导，有效克服了传统方法精度受限的弊端，实现了陆表温度真实性检验所涉及的关键辅助要素的高精度遥感反演，为高精度的获取陆表温度真实性检验的关键地表辅助要素提供了技术支撑。 项目取得了一批有国际影响力的原创性科研成果，并得到广泛应用。10篇代表性论文均发表在本领域权威老牌刊物上，迄今共被引用456次（SCI总引用392次），其中他引376次（SCI他引323次）。成果创新了陆表温度真实性检验方法，形成了一套完整的真实性检验理论方法体系，推动了陆表温度真实性检验的发展。同时，项目培养了一支国际一流的科研团队，其中第一完成人获国家杰出青年科学基金、法国功勋与奉献金质奖章和法国学术棕榈骑士勋章，被遥感权威期刊IEEE TGRS和Remote Sensing聘为副主编，并于2017年被欧洲科学院评为欧洲科学院（Academia Europaea）院士。 。