(高清版)GBT 40033-2021 地表蒸散发遥感产品真实性检验

GB/T40033—2021国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T40033—2021 I Ⅱ 4基本要求 5.1检验方法选择 2 6检验报告 6.1封面信息 56.2正文信息 66.3检验报告信息简表 6附录A(资料性附录)地表蒸散发地面观测仪器及使用方法 附录B(资料性附录)地表蒸散发相对真值获取方法 9附录C(资料性附录)地表蒸散发遥感产品准确度计算方法 IGB/T40033—2021本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国科学院提出。本标准由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。份有限公司、中国科学院青藏高原研究所、中国科学院空天信息创新研究院。刘照言。GB/T40033—2021地表蒸散发是植被蒸腾和土壤、水体、植被冠层截留降水的蒸发以及冰雪升华的总和，是地表能量平衡和水循环的重要分量。遥感技术是获取时空连续地表蒸散发的有效手段之一，业已发布了多种全球尺度和区域尺度地表蒸散发遥感产品。由于算法和数据的限制，地表蒸散发遥感产品不可避免存在误差，需要对其进行真实性检验。但由于验证数据、检验方法和评价指标等的差异，目前真实性检验结果不具备可比性，因此需要制定科学、规范的地表蒸散发遥感产品真实性检验标准。1GB/T40033—2021地表蒸散发遥感产品真实性检验1范围本标准规定了地表蒸散发遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。本标准适用于日/月/年全球尺度和区域尺度地表蒸散发遥感产品的真实性检验。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改版)适用于本文件。GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法3术语和定义GB/T36296—2018和GB/T39468—2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1地表蒸散发landsurfaceevapotranspiration3.2通量源区fluxsourcearea对通量观测值有主要贡献的上风向区域。4基本要求地表蒸散发遥感产品真实性检验应符合GB/T36296—2018中第7章的规定，并满足下列要求：a)参考对象应与待检地表蒸散发遥感产品处于相同时间的同一区域；c)参考对象应首选地面观测地表蒸散发数据，也可选用与待检地表蒸散发遥感产品投影方式相同、时空分辨率一致的已检或多种待检地表蒸散发遥感产品(或模型产品、再分析数据等),或已检地表蒸散发影响因子数据。5检验方法5.1检验方法选择根据参考对象的可获取性选择相应的检验方法：2GB/T40033—2021a)当检验区域有地面观测地表蒸散发数据作为参考对象时，应采用直接检验法；b)当检验区域无地面观测地表蒸散发数据，但有已检地表蒸散发遥感产品(或模型产品、再分析数据等)作为参考对象，或待检地表蒸散发遥感产品有3种及以上时，应采用间接检验法中的交叉检验法；c)当检验区域无地面观测地表蒸散发数据、无已检地表蒸散发遥感产品(或模型产品、再分析数据等),且待检地表蒸散发遥感产品少于3种，但有已检地表蒸散发影响因子数据时，应采用间接检验法中的时空变化趋势分析检验法。5.2直接检验法检验流程应符合GB/T36296—2018中8.1的规定，主要操作流程见图1,具体步骤如下：散发量的地面观测站，并优先选择地表均质的地面观测站，通过测量获得地表蒸散发地面观测数据，地面观测仪器及使用方法参见附录A;同时，考虑观测数据的质量与时间连续性，宜选用b)空间配准：将地面观测站位置与待检地表蒸散发遥感产品像元进行匹配，对地面观测站通量源区的范围与相应的遥感产品像元进行几何配准。c)地表空间异质性分析：按照GB/T39468—2020中4.2的规定分析地面观测站通量源区所在像元的地表空间异质性。d)地表蒸散发相对真值获取：结合地表空间异质性分析结果，获取像元尺度或区域尺度地表蒸散发相对真值，获取方法参见附录B。e)准确度评价：按照GB/T36296—2018中6.1规定的准确度评价指标定量表达待检地表蒸散发遥感产品的像元尺度或区域尺度准确度。f)不确定度分析：按照GB/T36296—2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468—2020中6.2规定的不确定性评价方法对直接检验过程不确定度进行分析。待检地表燕散发遥感产品地表蒸散发地面观测数据选择空间配准地表空间异质性分析像元尺度相对真值获取相对真值获取准确度评价不确定度分析图1直接检验法操作流程3GB/T40033—20215.3间接检验法检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.1的规定，主要操作流程见图2,具体步骤如下：a)参考对象选择：宜选取与待检产品时间分辨率一致的已检地表蒸散发遥感产品(或模型产品、再分析数据)或3种及以上待检地表蒸散发产品作为参考对象。b)时间一致性判断：判断待检地表蒸散发遥感产品与参考对象时间分辨率是否一致。若待检产品与参考对象的时间分辨率不一致，可通过时间尺度平均法进行升尺度，获取与待检产品时间分辨率一致的数据作为参考对象。c)空间配准：对待检地表蒸散发遥感产品与参考对象进行几何配准。d)空间一致性判断：判断待检地表蒸散发遥感产品与参考对象是否一致。如果一致，可直接采用参考对象作为相对真值；否则，宜采用双线性内插法进行升尺度，将待检地表蒸散发遥感产品与参考对象的空间分辨率保持一致，获取空间分辨率一致的参考对象作为相对真值。e)准确度评价：若有已检地表蒸散发遥感产品时，按GB/T36296—2018中6.1规定的准确度评价指标定量表达待检地表蒸散发遥感产品的准确度；若没有已检地表蒸散发遥感产品，但有3种及以上待检地表蒸散发遥感产品时，宜使用三重检验法或三角帽法(参见附录C)计算待检地表蒸散发遥感产品的准确度。f)不确定度分析：按GB/T36296—2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468—2020中6.2规定的不确定性评价方法对交叉检验过程不确定度进行分析。4GB/T40033—2021遥感产品参考对象选择(已检产品或3种及以上待检产品)时间一致性?空间配准空间一致性?空问尺度转换是否有已检产品?否(有3种及以上待检产品)是不确定度分析准确度评价准确度评价否否一是是检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.3的规定，主要操作流程见图3,具体步骤如下：a)参考对象选择：宜选取与待检产品时间、空间分辨率一致的已检地表蒸散发影响因子数据作为双线性内插法进行升尺度，获取与待检产品时间、空间分辨率一致的影响因子数据作为参考及土壤水分等土壤因子。影响因子数据可来源于遥感产品、模型产品与再分析数据等。b)空间配准：将待检地表蒸散发遥感产品与参考对象进行几何配准。5GB/T40033—2021d)变化趋势比对：对待检地表蒸散发遥感产品的时空变化趋势与参考对象的时空变化趋势进行e)准确度评价：按照GB/T36296—2018中6.1规定的准确度评价指标定量表达待检地表蒸散发遥感产品的准确度。f)不确定度分析：按照GB/T36296—2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468—2020中6.2规定的不确定性评价方法对时空变化趋势分析检验过程不确定度进行分析。待检地表燕散发遥感产品参考对象选择(已检地表蒸散发影响因子数据)空间配准时间、空间变化趋势分析趋势分析变化趋势比对准确度评价不确定度分析6检验报告检验报告封面应包括以下信息：a)检验报告编号；b)检验报告名称；6GB/T40033—2021c)检验负责人；d)检验核对人；e)检验签发人；f)检验单位；g)送检单位；h)检验时间。b)产品主要算法以及特点等。b)验证数据集的处理与质量评价描述；c)验证数据集的适用性描述。a)检验方法和流程概述；b)检验结果的评价指标；c)检验过程的记录要求；d)检验结果的存档。a)真实性检验结果总体评价：描述所检验地表蒸散发遥感产品在不同地表类型的精度。c)检验过程不确定性分析。对地表蒸散发遥感产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述。地表蒸散发遥感产品检验报告信息简表的编制参见GB/T36296—2018附录D。7(资料性附录)地表蒸散发地面观测仪器及使用方法A.1观测仪器A.1.1涡动相关仪涡动相关仪观测通量源区在几十米至几百米，宜用于检验中高分辨率地表蒸散发遥感产品。A.1.2闪烁仪分为近红外闪烁仪、近红外闪烁仪与微波闪烁仪组成的双波段闪烁仪两种，观测通量源区在1km~5km,宜用于检验中低分辨率地表蒸散发遥感产品。A.1.3仪器组成由传感器、数据采集器以及供电装置组成。A.2使用方法A.2.1观测场地选择确定观测对象后，仪器宜安装在受毗邻生态系统干扰最小的地点，并对当地主风向做出分析，以保证观测期内风主要来自期望测量的下垫面方向，或通量源区在1个或数个待检像元内。A.2.2仪器安装与调试A.2.2.1涡动相关仪和闪烁仪宜安装在地面观测站的观测塔上。A.2.2.2涡动相关仪宜安装在距地表或植被冠层上方1.5m及以上处，其中涡动相关仪的超声风速仪水平泡处于平衡状态，并使超声风速仪对准当地主风向或正北。涡动相关仪的安装支臂长度宜大于观测塔塔体宽度的2倍。A.2.2.3闪烁仪包括发射仪和接收仪，宜南北向放置，并使光径路线尽量垂直于观测站的主风向。双波段闪烁仪中的近红外闪烁仪的安装宜综合考虑地面观测站地表蒸散发的大小和观测场地情况，确定光径长度、发射仪与接收仪的安装高度；微波闪烁仪根据近红外闪烁仪的光径长度、安装高度进行安装。A.2.2.4在正式供电前，仔细检查线路的接法是否正确。A.2.3数据采集数据采集使用远程无线采集或人工现场采集方式。A.2.4标定A.2.4.1在室内或室外用标准气体和露点发生器对涡动相关仪的红外气体分析仪进行标定，在低速风洞中对超声风速仪进行标定。A.2.4.2在室外平坦、均质地表和天气晴好条件下，用标定好的涡动相关仪对闪烁仪进行标定。8GB/T40033—2021A.3数据处理与质量控制A.3.1涡动相关仪数据处理与质量控制A.3.1.1对涡动相关仪观测的高频湍流数据进行预处理、通量计算及必要修正等，获得30min平均周A.3.1.2对涡动相关仪观测误差(系统误差和随机误差)以及涡动相关仪的理论与假设满足程度(方差检验、正态性检验、功率谱与协谱分析、湍流平稳性与发展充分性检验以及能量平衡闭合评价)进行分A.3.2闪烁仪数据处理与质量控制A.3.2.1对闪烁仪观测的空气折射指数结构参数值进行处理，得到空气温度结构参数、空气湿度结构参数和空气温湿度相关结构参数(近红外闪烁仪只能获得空气温度结构参数),再结合气象数据通过迭代计算得到30min平均周期的地表蒸散发(近红外闪烁仪通过地表能量平衡方程余项法获得),最后结A.3.2.2将不同大气稳定度状况下闪烁仪获取的空气折射指数结构参数值与基于莫宁-奥布霍夫相似9GB/T40033—2021(资料性附录)地表蒸散发相对真值获取方法B.1像元尺度地表蒸散发相对真值获取方法像元尺度地表蒸散发相对真值获取方法如下：a)对于均质地表，如果像元中仅有1个地面观测站，将地面观测地表蒸散发值作为地面观测站通量源区所在像元的相对真值；如果像元中有多个地面观测站，按照GB/T39468—2020中4.4.2a)规定的均质地表的尺度转换方法获取地面观测站通量源区所在像元的相对真值。b)对于非均质地表，当地面观测站通量源区大小与待检地表蒸散发遥感产品像元尺度相同或相近时，将地面观测地表蒸散发值作为地面观测站通量源区所在像元的相对真值；否则，结合地面观测值和辅助信息，按照GB/T39468—2020中4.4.2a)规定的非均质地表的尺度转换方法获取地面观测站通量源区所在像元的相对真值。B.2区域尺度地表蒸散发相对真值获取方法区域尺度地表蒸散发相对真值获取的主要步骤：a)选取检验区域内多个地面观测站的地表蒸散发数据和辅助信息(地表蒸散发影响因子数据，例水分等土壤因子);b)在地面观测站按GB/T39468—2020中4.4.2b)规定的尺度转换方法构建尺度转换模型，通过检验与分析优选合适的模型；c)在检验区域应用优选的模型，获取区域尺度地表蒸散发的相对真值。GB/T40033—2021(资料性附录)地表蒸散发遥感产品准确度计算方法C.1方法的适用条件C.1.1交叉检验时，在没有已检地表蒸散发遥感产品，但有3种待检地表蒸散发遥感产品，且误差独立的情况下，宜使用三重检验法(triplecollocation)计算待检地表蒸散发遥感产品的准确度。C.1.2交叉检验时，在没有已检地表蒸散发遥感产品，且待检地表蒸散发遥感产品多于3种的情况下，宜使用三角帽法(threecorneredhat)计算待检地表蒸散发遥感产品的准确度。C.2三重检验法假设待检地表蒸散发遥感产品X;(i=1,2,3)可表示为真值ETtruc的线性表达式，见公式(C.1):X;=α;+β;ETtrue十e;……(C.1)式中：X;——第i种待检地表蒸散发遥感产品值；ETtrue——对应的真值(其为未知);α;,β;——第i种产品对应的校正系数；E;——随机误差，服从零均值分布假设。按公式(C.2)计算第i(i=1,2,3)种与第j(j=1,2