陆表遥感产品真实性检验中的关键理论与方法研究

Validation is the process of assessing the quality of remote sensing products by independent means, which plays a vital role in improving the accuracies of remote sensing products and promoting their applications. However, the validation of remote sensing products over heterogeneous land surfaces has been hindered due to the challenges in the theory and methods in recent decades, especially in estimation of "ground-truth" at the satellite pixel scale. By selecting the land surface remote sensing products with medium-low spatial resolutions as the target products, this project aims at optimization of spatial sampling of validation sites over the heterogeneous land surface, estimation of "ground-truth" at the satellite pixel scale, evaluation of uncertainty in the validation process, and development of validation theory and method system. To achieve this goal, research on key theory and methods for validation of land surface remote sensing products will be carried out, which mainly focus on quantification of the spatial heterogeneity, optimization of the ground sampling strategy, mutil-scale measurement, upscaling theory, and uncertainty analyses. Three commonly used remote sensing products will be initially analyzed; these are leaf area index, soil moisture, and evapotranspiration. A validation theoretical framework and method system will be developed, which will significantly contribute to an improvement in remote sensing inversion theory and methods for estimating surface parameters over complex land surfaces.

真实性检验是提高遥感产品精度，推动遥感产品应用范围与水平的重要保障。但异质性下垫面遥感产品的真实性检验长期以来面临理论与方法上的诸多挑战，尤其是卫星像元尺度“地面真值”的获取等。本项目拟针对中低分辨率陆表遥感产品，以异质性下垫面验证场的优化布设、卫星像元尺度“地面真值”的获取、真实性检验中不确定性的评价、真实性检验理论与方法体系研究等作为主线，开展陆表遥感产品真实性检验中的关键理论与方法研究，并且聚焦于空间异质性度量、地面优化采样、多尺度观测、尺度扩展与不确定性评价等关键环节。以叶面积指数、土壤水分、地表蒸散发为例，开展相应遥感产品的实证研究，发展与完善一套异质性下垫面中低分辨率陆表遥感产品真实性检验的理论框架与方法体系。这将对完善复杂地表的参数遥感反演理论与方法，推动定量遥感科学的发展具有重要意义。

真实性检验是评价陆表遥感产品精度的砝码，也是把遥感产品生产者与用户联系起来的纽带。因此，要推广陆表遥感产品的应用范围，提升遥感产品的精度，必须开展遥感产品的真实性检验，但异质性地表遥感产品的真实性检验长期以来面临理论与方法上的诸多挑战。本项目针对中低分辨率陆表遥感产品，提出了异质性陆表遥感产品真实性检验的理论框架，发展了一套相应的方法体系（包括地表空间异质性的度量、验证场的优化布设、多尺度观测、卫星像元/区域尺度“相对真值”的获取、真实性检验方法和不确定性评价）；在上述异质性陆表遥感产品真实性检验理论框架与方法体系的指导下，在我国黑河流域、青藏高原、海河流域、东北和西南地区、以及北美大陆和全球尺度上，开展了地表蒸散发、土壤水分、叶面积指数以及植被总初级生产力、地表温度等遥感产品真实性检验的实证研究。项目执行期间共发表学术论文65篇（第一、二标注），其中SCI论文45篇（第一标注22篇）；制定了《陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》、《地表蒸散发遥感产品真实性检验》、《土壤水分遥感产品真实性检验》国家标准3项；发布了多尺度观测数据集、“相对真值”数据集共181条；获得发明专利3项、软件著作权2项和省部级奖励1项。本项目的相关研究成果打破了陆表遥感产品真实性检验局限在均匀地表的传统思路，解决了异质性地表遥感产品真实性检验中的关键理论与方法，对完善复杂地表参数的遥感反演理论与方法，推动定量遥感科学的发展具有重要意义。