下行短波辐射和光合有效辐射遥感产品质量控制与质量评价方法研究

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全球辐射能量平衡是全球气候形成和变化的基本驱动力,直接决定了全球碳、水等物质循环,是研究其它一系列全球变化问题的基础。下行短波辐射(Downwardshortwave radiation, DSR)和光合有效辐射(Photosynthetically active radiation, PAR)作为辐射能量的两个重要分量,在检测、表征及量化地表变化,驱动全球及区域气候系统模型,准确估算全球生物地球化学循环,支持环境政策和资源管理等方面发挥着至关重要的作用。对于定量遥感产品,其质量控制(Quality control, QC)和质量评价(Quality assessment, QA)是产品生产过程的重要环节,生成的产品质量信息对用户具有重要的参考价值,但通常由于算法复杂,产品估算需要多源遥感数据和较多的空间数据,从而导致最终产品不确定性来源较多。本文以下行短波辐射和光合有效辐射遥感产品为例,研究了质量控制与质量评价的方法,该产品的算法是结合极轨与静止卫星数据生产全天条件下的DSR/PAR (An algorithm of combined polar-orbiting and geostationary data for all-skyDSR/PAR, POGDA)。论文的主要研究内容如下:(1)质量控制方法的研究。本文通过对下行短波辐射和光合有效辐射的算法解析、产品不确定性分析、数据质量标记以及产品质量等级划分等方法来确定质量控制方案,构建了一套可靠的产品质量控制体系,完成了产品的质量控制,从而可以利用质量控制标识追溯到产品的中间处理过程和输入数据的质量或者误差。(2)质量评价方法的研究。本文提出了对POGDA DSR/PAR产品进行质量评价的详细方案,利用地面站点实测数据对产品进行质量评价,完成了产品在不同时间分辨率、不同天气状况、不同区域、不同高程以及不同卫星天顶角等条件下的精度检验,以此检验算法的适用性以及可能的误差来源;收集文献中DSR/PAR产品的质量评价结果,通过与文献中的结果对比,表明了DSR/PAR产品的精度可靠,能满足用户需求;通过与其它同类遥感产品的质量评价,完成对产品的横向比较分析;参考产品的质量标识信息,分析可能的误差来源,通过质量标识信息分析了产品的质量影响因子。利用全国太阳辐射观测站北京站进行质量评价,得到1级产品的相关系数为0.92,相对均方根误差为10%,主要受冰雪覆盖、水汽以及臭氧的质量影响,2级产品的相关系数为0.88,相对均方根误差为27%,只要受地表反照率质量的影响,3级产品的相关系数为0.82,相对均方根误差为32%,主要受云光学厚度质量的影响。通过评价发现该质量控制体系相对合理,能客观反映出产品的质量信息,实现了产品全面深入的质量评价,并最终生成产品质量报告,通过与92个全国太阳辐射站点数据的质量评价,得到POGDA PAR的相关系数为0.8289,平均偏差为0.7626MJ/m~2(11.02%),均方根误差为1.7889MJ/m~2(25.84%)。
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