[发明专利]一种地面站点空间代表性动态评价方法

说明书

本发明具体涉及一种地面站点空间代表性动态评价方法，用于评价卫星遥感地表温度验证过程中站点的空间代表性。本发明基于地表温度的时间尺度分解模型，提出一种地面站点空间代表性动态评价方法，解决基于地面站点的地表温度验证过程中的以下两个问题(1)地面站点观测地表温度能不能代表卫星像元尺度的地表温度真值(2)如果能代表，在什么时间段能代表。本发明可以对站点的空间代表性进行评价，能够回答地表温度验证中哪些站点具有好的代表性，在哪些时间段具有代表性，这对于充分利用现有观测站点数据，降低新建站点的成本具有显著的经济意义。

技术领域

本发明具体涉及一种地面站点空间代表性动态评价方法，用于评价卫星遥感地表温度验证过程中站点的空间代表性。

背景技术

作为地表与大气之间能量交互的主要指示因子，地表温度在诸如气候变化、水文过程模型等领域扮演着重要的角色。对于从卫星遥感获取的地表温度数据，开展严格的验证评价工作有利于促进相关产品的发展和应用。目前对遥感地表温度数据的验证评价工作主要包括基于地面站点观测数据的验证、基于辐射亮度的验证、交叉比较和时序分析等四种方法，其中基于地面站点观测数据的验证方法是被广泛接受的一种验证方法。然而，尺度不匹配的影响，直接使用地面观测数据用于地表温度数据的验证会引入空间代表性误差。因此，相关学者开展了站点空间代表性的评价工作。

目前，针对地面站点空间代表性评价方法主要有两种类型：(1)比较点面特征：此类方法主要是借助高分辨率专题数据比较站点所在位置值与卫星像元尺度内的值的差异，如在足迹模型，标准差、变异系数等统计指标、两个尺度的差值等。这些方法操作上比较简单，但是长时间序列的高分辨率数据难以获得。(2)分析区域异质性：此类方法同样借助高分辨率专题数据分析区域的异质性程度，如利用分形几何和半变异函数等。除了长时序高分辨率数据难以获取以外，最根本的问题在于区域异质性不能与空间代表性完全划等号，两者有根本上的定义差异。

相对于诸如地表覆盖类型、生物量等随时间变化较慢的地表参数，地表温度无论是瞬时、日内还是年内都具有很大的变化。这主要是地表温度不仅与地表属性如地表类型有关，还与局地气象状况有关。而受地表类型的影响，地表的热属性也存在着差异，站点与像元尺度内地表在对瞬时气象状况的响应上会出现不同的响应速率。因此，简单的利用基于少量样本评价出的站点空间代表性在时间序列上不具备代表性。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述存在的问题及不足，提出的站点空间代表性动态评价方法将基于代表性的定义结合地表属性参数、气象参数对站点空间代表性进行时间序列拓展，达到空间代表性动态评价的目的，从而对遥感地表温度进行更客观的验证。

本发明提供一种站点空间代表性评价方法，动态的评价卫星遥感地表温度验证过程中站点的空间代表性，具体包括：

代表性指在一定的时空维度上测得的数据，能够反映相同或不同时空尺度上真实情况的程度。基于此，本发明将遥感地表温度验证过程中站点的空间代表性定义为：地面传感器观测地表温度真值与卫星像元尺度地表温度真值的差异，

ΔT(t)＝T_F(t)-T_P(t)       (1)

式中，ΔT为代表性评价指标，亦写作SRI，单位为K；t为时间，T_F和T_P分别表示地面站点传感器观测温度真值和卫星像元尺度地表温度真值，单位为K。因此，只要知道两个尺度的地表温度真值即可评价站点在空间上的代表性。

地表温度受到地球自转和局地天气状况的双重影响，在时间维度上快速变化。因此，代表性评价指标是随时间变化的函数。Zhan等(2014)将地表温度分解成三个组分，