[发明专利]一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法

权利要求书

1.一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：降水的关联因子地表土壤水分数据集生成；

S2：基于水量平衡原理的降水估算模型构建；

S3：自适应窗口拟合系数：基于自适应窗口得到的原始GPM下的拟合系数，基于水量平衡关系式运用到高分辨率的土壤水分和植被因子上，得到没有被残差校正的空间分辨率为1km GPM数据；

S4：基于克里金插值的残差校正：将10km的拟合残差数据运用基于权重的克里金插值方法插值到1km的空间分辨率上，并与所述S3得到的数据相叠加；

所述S1的具体步骤为：

选择与土壤水分关联紧密的因子地表温度和归一化植被指数NDVI，地表温度选择中分辨率成像光谱仪逐日的1km空间分辨率产品数据，归一化植被指数则选择MODIS16天合成的公里级产品，将NDVI数据和地表温度数据作为回归因子，在25km的空间分辨率下与原始的土壤水分数据基于地理加权回归方法拟合出回归系数，模型如下：

式中，SMC表示低分辨率土壤水分，a₀表示关系模型常量，a_m、a_ij表示关系模型的回归系数，n表示使用的降尺度因子种类数，A_Cm、A_Ci、A_Cj表示低分辨率降尺度因子；

基于低分辨率下拟合的回归系数，用到低分辨率10km上的NDVI和LST数据上得到低分辨率的残差，并用到高分辨率1km上的NDVI和LST数据上，得到1km空间分辨率的土壤水分，使用面到克里金插值ATPK方法将低分辨率下拟合得到的残差插值到1km得到，叠加到1km空间分辨率的土壤水分上，得到1km的无缝的地表土壤水分数据，模型为：；

所述S2的具体步骤为：

将所述S1得到1km空间分辨率的土壤水分采样成与GPM卫星降水产品分辨率10km相同的土壤水分数据，并与10km的数据组成回归因子，与原始之间基于简化的水量平衡关系式：

其中、分别表示t时刻的降水、地面径流、蒸散发和下渗量以及深度Z的土壤水存蓄量，忽略强降水情况下的地面径流生成，引入遥感数据，将关系式变形为：

其中表示原始的降水数据，和表示时刻t和前一时刻的土壤水分，蒸散发量表示为与植被指数NDVI的关系式，表示地下径流，其中z、a、b、c、k表示拟合系数；

所述S3的具体步骤为：

根据自适应窗口半径为3、5、7选择拟合的相关系数R更高的窗口进行拟合，并求出相应拟合系数和模拟出的10km的GPM卫星降水数据，并求出低分辨率残差，将得到的拟合系数基于水量平衡关系式在相应的窗口下，对高分辨率的土壤水分数据，和数据进行拟合，拟合过程中，仅仅只有发生了降水的区域才会与土壤水分响应，进而进行拟合，得出拟合的1km的GPM数据；

所述S4的具体步骤为：

将S3得到的低分辨率残差采用克里金插值方法插值到1km空间分辨率上，这里的克里金插值方法是基于权重进行计算，将插值得到的值在高分辨率的影像下求出相应比例，i表示高分辨率的一个栅格中第i个栅格，RAF表示插值得到的高分辨率残差，n为一个低分辨率栅格划分的高分辨率栅格的个数，等于低分辨率与高分辨率之比的平方和，并基于低分辨率下的残差乘以相应比例得到高分辨率残差，并与S3得到的拟合的1km 相叠加得到数据，相应模型关系式如下：

采用克里金插值方法计算如下：

其中RE_f表示高分辨率残差，RC_ij表示低分辨率残差，n表示高分辨率下的像元个数，m表示低分辨率像元个数，表示局部窗口中网络r对中心网络p的权重，由下式计算：

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