研究揭示全球土壤水分站點空間代表性及影響因素

2月6日，記者從中國科學院空天信息創新研究院（空天院）獲悉，空天院研究員曾江源團隊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進展，提出評估站點下墊面空間異質性的新方法，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。相關論文于2月5日發表在《國際電氣與電子工程師協會-地球科學與遙感學報》。

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。地面站點觀測可以提供真實的土壤水分信息，常用于微波遙感土壤水分產品的精度驗證。然而，由于“像元（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。

“這種不確定性主要由于地表覆蓋類型具有多樣性和復雜性特點，缺乏衛星像元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了巨大挑戰。”論文通訊作者曾江源說。

因此，該研究團隊就如何度量全球尺度土壤水分站點空間代表性、如何表述地面的復雜性、這種復雜性又如何影響站點的代表性三個方面展開了研究。他們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四種地表下墊面影響因素的空間異質性。

此外，他們提出了新指標“站點相似面積比”，該新指標的優勢在于不僅考慮了衛星像素內環境因素的空間異質性，還考慮了站點的下墊面情況。

該研究團隊還分析了全球322個站點的空間代表性與環境異質性之間的關系，結果表明，地表類型是影響土壤水分站點空間代表性的主要因素。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，不僅可用于土壤水分觀測，也可以用于地表溫度、植被參數、積雪深度等其他地表參數，可以更好地服務于衛星產品的可靠性驗證與應用。

相關論文信息：https://ieeexplore.ieee.org/document/10817643