全球碳循环关键参数共享平台建设方案研究

当前数据产品共享模式在我国各行各业均得到了快速应用和发展,纷纷将共性的、标准化的数据产品纳入共享中心进行处理.本文以"全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演"重点专项中的全球碳循环关键参数为研究对象,针对其特殊的限制条件,提出了基于网络复合架构的切实可行的低成本共享系统落地解决方案,可为具有类似特征的系统建设提供借鉴.     

湖泊碳循环研究中遥感技术的机遇与挑战

湖泊碳循环是全球碳循环过程中的重要环节,随着全球碳循环研究的不断深入,湖泊碳循环对全球碳循环的影响,以及其对全球气候变化的调节作用越来越受到关注.然而,由于湖泊分布的破碎性(大于0.002 km2的湖泊约有1.17×108个,并零星地分布在全球)和多样性(流域生态多样性,湖泊类型多样性,分布的气候带多样性等),使得全面...     

2002年—2018年太湖水体溶解二氧化碳浓度卫星遥感数据集

湖泊在全球碳循环中发挥着重要作用,而湖泊中溶解CO2浓度(CCO2)控制着其CO2通量的方向及大小,是湖泊CO2排放估算的关键参数.中国第三大淡水湖——太湖虽然具有长期的野外监测数据,但其样点分布在空间和时间上并不均匀,很可能给其CO2排放的估算带来不确定性和偏差.有必要利用更高频率和覆盖范围地遥感手段来弥补野外监测在...     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...     

一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法

在开放式Web环境中,模型服务化共享促进了陆地碳循环模型的发展,然而海量的计算数据导致模型计算缓慢,现有模型服务化方案难以满足其计算需求。为了解决这一问题,提出了一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法。该方法主要思想是基于现有模型服务化方案,通过增加计算节点的方法以缓解陆地碳循环模型计算压力,主要包括陆地碳循环模型服务准备和陆地碳循环模型分布式运行两个步骤。基于此设计了任务分割和派发策略将复杂计算任务离散化并派发至计算节点进行运算。将设计的方法应用到3个典型陆地碳循环模型的计算中,验证了该方法的可行性,提高了陆地碳循环模型的计算速度。     

分层随机抽样下全球30 m火烧迹地产品验证

火烧迹地是全球及区域碳循环和气候变化等研究所需的重要参数之一,卫星遥感技术为快速获取大区域火烧迹地空间分布信息提供了有效手段。中国科学院基于Landsat系列卫星数据研发了首个30 m空间分辨率全球火烧迹地产品GABAM (Global Annual Burned Area Map)。遥感数据产品的精度验证对产品使用具有重要意义,迄今尚未有研究机构对GABAM产品精度进行独立评价和分析。为系统评价GABAM产品精度,利用2010年全球30 m空间分辨率火烧迹地产品(GABAM2010)开展精度验证研究工作,在全球和几个陆地生物群落中估算了产品精度,并探索了全球遥感专题产品精度验证的技术框架。基于分层随机抽样选择80个非重叠的泰森多边形区域TSA (Thiessen Scene Areas),采用误差矩阵和6个精度指标对GABAM2010产品做全面精度评价和分析,以满足火烧迹地产品用户的使用要求。结果表明:在全球范围内,GABAM2010产品的错分率和漏分率分别为24.32%和31.60%,总体精度为97.85%;由于数据质量(如条带、云)等的影响,火烧迹地的范围会被低估,对于较容易发生火灾的生物群落,如热带亚热带草原区域,GABAM2010产品精度较高;在生物群落内部,高密度火烧迹地区域的精度高于低密度火烧迹地区域。     

ICESat-2/ATLAS全球高程控制点提取与分析

ICEsat-2/ATLAS是目前高程精度最高的星载激光数据,其数据覆盖全球,能够作为生产高精度全球地面参考高程的基础数据.基于ICESat-2/ATLAS全球激光数据产品ATL08,获取了全球ICESat-2陆地高程点,研究了基于参考高程数据和属性参数提取全球高程控制点的方法,并利用高精度参考高程数据验证了其精度.利...     

陆地总初级生产力遥感估算精度分析

准确估算陆地总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)数值对碳循环过程模拟有重要影响。本文介绍了多种基于植被指数以及基于光能利用率的遥感GPP算法,综述了不同算法在其研究区域的估算精度;并分析了MODIS/GPP以及BESS/GPP两种遥感GPP产品在不同植被类型的估算精度。通过对比全球碳通量站网络GPP数据表明,MODIS/GPP产品在全球估算结果具显著相关性(R2=0.59)及中等标准误差(RMSE=2.86 g C/m2/day),估算精度较高的植被类型有落叶阔叶林,草地等;估算精度较低类型包括常绿阔叶林,稀树草原等。本文对GPP产品中存在的不确定性进行分析,通过综述前人研究中发现的遥感估算GPP方法中存在的问题,指出可能的提高卫星遥感GPP产品估算精度的方法及发展趋势。     

黄河三角洲Sentinel-3高精度时空连续海陆表面温度反演

海陆表面温度是理解全球变化与人类活动的关键参数。针对已有温度反演产品海陆边界时空不连续的问题,本文采用Sentinel-3海陆表面温度辐射计(SLSTR)光学与热红外影像,通过植被指数阈值法逐像元计算陆表与海表发射率,基于分裂窗算法反演得到黄河三角洲陆海表面时空连续温度产品。结合地面温度观测和欧洲中期天气预报中心提供的全球中等分辨率数值大气再分析产品,验证了本文陆海温度产品(均方根误差优于1.1K)反演精度高于现有公开的全球产品,可为全球时空连续温度产品反演提供参考。     

日光诱导叶绿素荧光遥感反演及碳循环应用进展

在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在光合作用探测上具有优势,是"实际光合作用"的直接探测方法。日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感是近年快速发展起来的新型遥感技术,尤其是2011年实现全球尺度卫星反演以来,在反演算法、植被监测和碳循环应用等方面发展迅速,是近10年来植被遥感领域最具突破性的研究前沿。本文阐述了现阶段(2011年以来)SIF遥感反演及其在碳循环应用方面的进展。本文首先介绍了卫星SIF遥感的发展及其反演算法现状;然后重点剖析了其在陆地生态系统总初级生产力(GPP)估算、全球碳循环监测、物候和植被胁迫监测等方面的应用现状和特点;最后从卫星SIF反演算法优化、SIF-GPP关系机理、SIF多尺度综合观测和全球碳循环监测等方面对今后植被SIF遥感的发展前景进行了展望。