近海复杂水体时空变异对水色遥感产品真实性检验的影响研究

Authenticity testing is quite important to evaluate the accuracy of remote sensing algorithm and the availability of the products. In this project, we choose the East China Sea, whose optical properties are complex and uncertainty, as the destination range, using the Geostationary Ocean Color Imager( GOCI,8 images in day, imaging per hour) chlorophyll products which have the great advantages of a high spatial and temporal resolution, to do the Quantitative analysis of the contribution of the spatial and temporal variability to the error of ocean color remote sensing product validation, under the complex factors in the region. Firstly, by calculating the feature parameters of variance in the very spatial and temporal window(3 *3 pixels or 5*5 pixels in space and ±3 hours in time) of remote sensing products, together with the synchronous observation and experimental analysis data in different areas, to optimize and select the matching data and kicking the data that may largely influenced by model and data error. Then to establish the multivariate statistical model that spatial-temporal variability of parameters can be coupled with the validation errors and their quantitative relationships. Based on the model, a further discussion would be done to reveal the components and distribution characteristics of remote sensing products influenced by different sea area and strength of spatial-temporal variance, to provide the scientific basis for source of error analysis and the accuracy and application of inversion algorithm in different sea areas.

水色产品的真实性检验对评价遥感算法的准确性和遥感产品的可用性十分重要，当前国际上通常采用时空窗口（空间3*3或5*5像元，时间±3h）的匹配方法，但该方法对于时空变异较大的近海复杂水体可能存在显著的不确定性。本项目选择光学特性复杂多变的东海区域，利用静止海洋水色成像仪GOCI(白天成像8景,每小时成像一次)叶绿素遥感产品的时空分辨率优势，开展近海复杂水体时空变异对水色遥感产品验证的误差贡献定量分析研究。首先通过遥感产品时空窗口内的变异特征参数进行计算，结合不同海区现场同步观测与实验分析数据，对匹配的数据进行优化筛选，剔除可能受模型误差或数据源误差干扰较大的数据，建立能够耦合时空变异特征参数与验证误差定量关系的多元统计模型，在模型建立的基础上进一步探讨不同海区、不同时空变异强度影响下的遥感产品误差组成与分布特点，为遥感产品误差源解析和评价反演算法在不同海区的准确性和适应性提供科学依据。

海洋环境遥感已成为全球气候变化及海洋生态环境研究的重要组成部分，由于海洋水体特别是近海二类水体复杂的光学特征以及高动态变化的特点，使得遥感产品的精度评估及表达成为海洋遥感研究的难点之一，也给基于遥感数据的海洋地球物理和环境生态模型的建立和应用带来了不确定性。海洋要素的变化存在明显的区域性和季节性的变化特性，本项目在开展过程中以GOCI、MODIS等遥感数据为数据源，以Chl_a、CDOM、SST等作为主要分析参数，设计了时空变异参数的计算指标，并定量分析时空变异对验证误差影响的关系，从理论和试验的数据精度验证中，证明了时空变异是造成误差的直接原因之一，强烈的时空属性变异，在验证过程中会引入很大的验证误差，处于不同变异等级区划的数据，其SST验证结果相对误差可达10%以上，不同区间Chl_a的验证误差会更大。变异越剧烈的区域，精度验证效果越差，验证误差就越大，这些误差并非完全是遥感产品的误差，验证结果不具有代表性，不能真实的反映遥感产品的误差特征。从上述结论中建议：对于Chl_a、SST等海洋遥感产品验证时，需要考虑时空变异对验证误差的影响和贡献，合理选择验证试验区域、代表性的评价数据集和科学的评价方法。