中国卫星遥感分辨率比他国产品高一个数量级

By admin in 技术中心 on 2019年5月17日

一、指南说明

  本报讯(通讯员李亚楠)近日,北京师范大学、中科院遥感地球所、中科院寒旱所、中科院大气所等多个单位联合攻关,在全球陆表卫星遥感特征参量研究方面取得突破性进展,首次生产并向全球用户分发具有中国自主知识产权的全球陆表卫星遥感高级产品。

在目前的全球变化研究与地球系统模型研发中,卫星观测没有发挥其全部潜力,迄今为止,针对全球陆面变化研究与陆面模型研发,国际陆地遥感领域仍缺乏长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品。我国的地球系统模型研发与全球变化研究已面临着重要的发展机遇期,非常有必要集中力量,建立全球陆表特征参量产品生产系统,支持全球变化研究与新一代地球系统模型的研发。

  全球陆表卫星遥感产品是开展全球环境变化研究的重要基础数据,可以广泛应用于生态环境评价、陆表变化监测、区域碳循环估算、水资源管理等多个方面,直接服务于国家应对气候变化,保持社会经济的可持续发展。然而,目前国际上的陆表卫星产品基本都是在特定的卫星计划中产生的,覆盖的时间范围有限,产品在时空分辨率和精度等多方面都难以满足实际需求。

本重点项目将面向全球陆面变化与陆面模型研发,综合利用国内外卫星遥感数据源,发展全球陆表特征参量产品生成的新技术和新方法,生产长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品集,进而改进关键陆面过程的参数化方案及数据同化技术,提高陆面模型的模拟能力,开展全球陆表变化示范研究。

  研究人员历时3年收集、整理和汇编了总量达580TB的卫星遥感数据以及多种再分析数据,系统发展了5种陆表特征参量(叶面积指数、陆表反照率、发射率、下行短波辐射和下行光合有效辐射)的遥感反演方法,生产了相应长时间序列的高质量、高精度卫星产品。其中,叶面积指数、陆表反照率和发射率产品的时间覆盖范围从1982年到2010年,把目前国际主流的同类产品向前推进了近20年;发射率产品也是目前世界首个全球宽波段发射率产品;两种辐射产品是目前国际上空间分辨率最高的全球产品(5公里),比国际同类产品提高了至少一个数量级。

本项目注重产学研相结合,鼓励国内优势单位联合承担,鼓励承担单位配套支持。本指南公开发布,将通过择优方式选择其中一家单位作为项目的牵头单位。
二、指南内容

  日前,科技部国家遥感中心首次对外分发了《全球生态环境遥感监测2012年度报告》,其中的“陆地植被生长状况”报告中各项监测结果采用了该项目生产的叶面积指数产品。这是中国首次生产并向全球用户分发具有中国自主知识产权的全球陆表卫星遥感高级产品,这极大地促进了全球地球观测数据共享。

1、项目名称

全球陆表特征参量产品生成与应用研究

2、项目总体目标

综合利用国内外卫星遥感数据源,发展全球长时间序列陆表特征参数产品生成的关键技术,研发全球陆表特征参量产品生成系统;生成全球长时间序列的高精度叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射等陆表特征参量遥感产品;进而改进关键陆面过程的参数化方案及同化技术,提高其模拟能力,开展全球陆表变化应用示范研究,为我国应对全球变化决策提供数据基础与技术支撑。

3、项目主要研究内容

(1)全球陆表特征参量数据库建设:面向全球变化与陆面模型的需求,研究全球陆表特征参量遥感产品生产体系;研究全球多源对地观测数据预处理与关联整合技术,全球陆表特征参量产品集入库、共享与发布技术;综合集成国内外多源卫星遥感数据及陆表特征参量产品,建立全球陆表遥感数据与陆表特征参量产品数据库。

(2)全球陆表特征参量遥感提取技术:针对叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射5个特征参量的生产需求,集成先进模型与算法并加以发展,评价优选单一卫星遥感产品生成的最佳系列算法,研究基于多源卫星遥感数据的参量产品生成技术、真实性检验技术及不确定性评价方法,建立长时间序列参量产品生产的方法体系。

(3)全球陆表特征参量产品集生成系统研发与产品生成:研发全球陆表特征参量产品生产软件系统,建成对地球观测数据综合处理和产品生产平台,生产长时间序列的全球叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射产品。

(4)陆面模拟系统建立:改进冠层辐射传输模型,以完善现有陆面模型中热辐射参数化方案;改进动态植被模型,提高其模拟能力;改进陆面模型,实现冠层辐射传输模型与动态植被模型的耦合;发展陆面数据同化方法,实现高性能并行计算;建立中国区域土壤属性数据集、陆面模型大气驱动数据集,开展中国区域数据同化示范研究。

(5)全球陆表变化示范研究:基于陆表特征参量产品及陆面模型,分析全球陆表特征参量变化的时空特征,评估陆表特征参量产品对提升地球系统模型模拟性能的贡献,探索1985~2010年全球植被变化规律及中国区域陆面能量、水分与碳循环。

4、项目主要考核指标

(1)全球陆表特征参量数据库

A.收集全球10种以上卫星遥感数据;

B.遥感数据预处理精度:几何校正与图像配准精度优于2个像元;

C.数据管理与存储:具有200TB海量遥感数据库管理与可伸缩性、分布式存储能力;

D.数据库服务性能:满足100个以上高级遥感产品生产用户的在线实时提取需要,提供快速的数据库访问接口与基于网络的数据访问界面。

(2)全球陆表特征参量遥感提取技术

A.产品算法指标要求:集成国内外已有最优算法90%以上;发展基于多源遥感数据的全球叶面积指数、反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射反演算法,产品总体精度优于现有产品精度10%;

B.产品验证要求:验证数据应覆盖全球5大洲10个以上典型试验区,包括20种以上典型地表类型。

(3)全球陆表特征参量产品集生产系统研发与产品生成

A.全球陆表特征参量产品生产系统功能要求:能综合处理全球10种以上卫星遥感数据,具有遥感数据辐射定标、几何校正、图像配准、云检测等预处理功能,具备基于单一数据源生产参量产品、基于多源遥感数据生产参量产品的算法功能,具备全球长时间序列遥感产品时空滤波功能;

B.生产全球特征参量产品:叶面积指数、反照率、发射率产品空间分辨率优于5km,时间分辨率8天,时间跨度1985~2010年;下行短波辐射、下行有效光合辐射产品空间分辨率5km,时间分辨率3小时,时间跨度2008~2010年;

C.软件系统工程化要求:软件设计、开发、测试和使用培训遵从相应的软件工程标准。

(4)陆面模拟系统建立

A.辐射模型功能性指标:i)
能用于地球系统模型,并能准确估算冠层与地面分别所吸收的太阳辐射与热辐射;ii)
能充分考虑地物单元的差异、地物三维结构及下垫面因素及空间的非均匀性;iii)
能提供与传感器通道数相对应的谱反照率的直接估计;iv)
能输出方向性分量,解译带有视角限制的反射率和方向性反照率;

B.动态植被模型功能性指标:统计动态植被模型能区分不同植被功能类型并能检验和评价动力学模型模拟结果。植被动力学模型能模拟植被生长、周转和凋落的过程,能够模拟基于植被功能类型分类的植被分布、季节及年度变化特征;

C.同化系统功能性指标:至少包括集合卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和多种的粒子滤波同化方法,并能实现高性能并行计算;

D.陆面模型精度定量指标:较现有国际上最先进同类模型,模型模拟的总体精度提高10%。

(5)全球陆表变化示范研究

A.生成1985~2010年全球植被物候数据集,空间分辨率为5km;

B.提供全球陆表特征参量变化的趋势及时空特征的定量分析与评估;

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