全球土壤水分天地觀測匹配度如何度量？中國團隊研究提出新方法

中新網北京2月6日電　（記者　孫自法）中國科學院空天信息創新研究院（空天院）2月6日向媒體發布信息說，針對全球土壤水分天地觀測存在衛星“面尺度”和地面“點尺度”的不匹配問題，該院曾江源研究團隊最新通過分析全球322個站點的空間代表性與環境異質性之間的關系，發現地表類型是影響土壤水分站點空間代表性的主要因素，并提出評估站點下墊面空間異質性的新方法。

這項在全球土壤水分站點的空間代表性及其影響因素方面取得的重要進展，可以更好地了解現有全球土壤水分站點在衛星數據產品驗證中的可用性，并為衛星土壤水分產品的有效驗證及未來土壤水分站點的合理布設與應用提供方法與依據。其相關成果論文，近日在國際專業學術期刊《國際電氣與電子工程師協會—地球科學與遙感學報》發表。

基于擴展三重匹配技術計算的全球322個土壤水分站點的空間代表性，數值（R）越大代表站點的空間代表性越好。中國科學院空天院　供圖

論文通訊作者曾江源研究員指出，衛星微波遙感尤其是被動微波遙感，是獲取大尺度土壤水分信息最有效的手段之一，但同時也受衛星傳感器天線尺寸的限制存在空間分辨率低的問題（通常為數十公里）。地面站點觀測可以提供真實的土壤水分信息，常被用于微波遙感土壤水分產品的精度驗證。不過，由于“面尺度”衛星觀測與“點尺度”地面觀測存在巨大的空間尺度不匹配問題，導致驗證結果存在較大的不確定性。這種不確定性主要歸結于衛星像素內的下墊面異質性而導致的站點空間代表性問題。然而，由于地表下墊面情況復雜多樣且缺乏衛星“面尺度”的土壤水分真值，使得有效量化全球土壤水分站點的空間代表性及其影響因素成為巨大挑戰。

論文第一作者、中國科學院空天院碩士研究生彭晨晨介紹說，為解決全球土壤水分天地觀測尺度不匹配的問題，在本項研究中，研究團隊從全球尺度土壤水分站點空間代表性如何度量、地表下墊面的空間異質性如何表征、空間異質性如何影響站點空間代表性三個方面展開深入分析研究；利用擴展三重匹配技術，實現對站點的空間代表性評估；利用空間異質性指標和空間標準偏差，在全球尺度上量化了土壤質地、地表類型、海拔和植被覆蓋度等4種地表下墊面影響因素的空間異質性。

此外，研究團隊還提出考慮站點位置信息的下墊面異質性度量新指標——站點相似面積比，其優勢在于不僅考慮衛星像素內環境因素的空間異質性，也考慮到站點的下墊面情況。

(a)土壤質地、(b)地表類型、(c)海拔和(d)葉面積指數LAI的空間異質性全球分布。中國科學院空天院　供圖

曾江源表示，他們這項研究提出的站點空間代表性及其影響因素的評估框架具有普適性，既可以用于土壤水分觀測，也可以用于地表溫度、植被參數、積雪深度等其他地表參數，能更好地服務于衛星產品的可靠性驗證與應用。（完）