[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

说明书

本发明涉及卫星遥感数据处理技术领域，具体地说是一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法，包括降水的关联因子地表土壤水分数据集生成，基于水量平衡原理的降水估算模型构建，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，将10km的拟合残差数据运用权重的克里金插值方法插值到1km的空间分辨率上，与S3得到的数据叠加，本发明同现有技术相比，所采用的降尺度方法引入无缝高空间分辨率(1km)的土壤水分数据和植被因子NDVI，没有引入过多的回归参量，避免了过多数据之间的尺度效应和回归冗余，并基于水量平衡方程构建拟合关系，实现大面积高空间分辨率的降水数据获取。

技术领域

本发明涉及卫星遥感数据处理技术领域，具体地说是一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法。

背景技术

随着卫星遥感技术的不断发展，卫星降水产品因为能提供连续的大面积覆盖、长时间序列的空间覆盖产品，对于稀缺资料地区的水文研究的降水资料提供是一个重要来源，弥补了地面站点和天气雷达观测的不足，目前在水文生态和气候变化等领域的研究中得到了广泛的应用。

这些卫星降水产品都存在一个共同的问题，即空间分辨率很低，一般在几千米到几十千米不等，限制了其在相关研究中的应用，卫星降水产品空间降尺度方法是提高卫星降水产品空间分辨率的有效手段之一，很多降尺度方法的降尺度相关因子的选择大多基于地形因子和植被因子，这些因子与降水之间的关系不是立即响应，存在一定程度上的延迟，方法主要基于统计学意义，缺乏物理意义，而作为与降水因子响应关系较好的土壤水分参量，由于其缺值较多、粗糙的空间分辨率(25km)导致很少在卫星降水产品降尺度过程中被作为关键因子考虑，并且由于每日降水在区域的发生不确定性较大，大多数降尺度方法仅仅关注在月和年时间尺度，在日尺度上精度一般不尽人意。且现有技术中降尺度中的地理加权回归方法仅仅是统计学方法不涉及物理意义，并且由于尺度效应，引入的辅助回归因子过多，降尺度过程中采用的降尺度回归因子与降水之间的响应效果不是立即反应出来，计算每颗卫星在降水实测站点所在高分辨率栅格的最优权重时很依赖地面实测站点的数量，插值权重过程中仅仅含有数学意义，而且插值具有很大的不确定性。

因此，需要设计一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法引入无缝高空间分辨率的土壤水分数据和植被因子，满足当前在全球或区域研究中农业、环境、气候变化等问题对降水的需求，准确获取大范围、高空间分辨率的卫星降水数据有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法，引入了与降水变量高度相关的高分辨率土壤水分数据，满足当前在全球或区域研究中农业、环境、气候变化等问题对降水的需求，准确获取大范围、高空间分辨率的卫星降水数据有着重要意义。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于水量平衡原理的卫星降水产品空间降尺度方法，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1kmGPM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S3得到的数据相叠加；

S1的具体步骤为：