国家标准 GB/T40033一2021 地表蒸散发遥感产品真实性检验 Validationoflandsurfaeeevapotranspirationremotesensingproducts 2021-04-30发布 2021-11-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T40033一2021 次目前言引言范围规范性引用文件术语和定义基本要求 5 检验方法 5.1检验方法选择 5.2直接检验法 5.3间接检验法检验报告 6.1封面信息正文信息 6.2 6.3检验报告信息简表附录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附录c(资料性附录)地表蒸散发遥感产品准确度计算方法
GB/T40033一2021 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由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)归口本标准起草单位:北京师范大学,重庆市勘测院、邯郸学院、西南大学、二十一世纪空间技术应用股份有限公司、科学院青藏高原研究所、科学院空天信息创新研究院本标准主要起草人:刘绍民、贾贞贞、徐自为、张圆、徐同仁、马燕飞、宋立生、姚云军、周会珍、李新、刘照言
GB/T40033一2021 引言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
GB/T40033一2021 地表蒸散发遥感产品真实性检验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/T394682020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法术语和定义 GB/T36296一2018和GB/T394682020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landsurfaceeyapotranspiration 液态水或固态水通过陆地表层的植被、土壤、水体、冰雪等界面变为水汽进人大气的过程注1，包括植被蒸腾,土壤,水体和植被冠层截留降水的蒸发,以及冰雪的升华注2:单位为毫米(mm) 3.2 通量源区luxsourcearea 对通量观测值有主要贡献的上风向区域注可通过仪器观测值与近地层表面源/汇空间分布的传输函数在特定区域上积分得到基本要求地表燕散发遥感产品真实性检验应符合GB/T362962018中第7章的规定,并满足下列要求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; aa b 参考对象应涵盖检验区域主要地表类型,具有高、中、低地表蒸散发值; 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燕散发遥感产品投影方式相 c 同、时空分辨率一致的已检或多种待检地表燕散发遥感产品(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
GB/T40033一202 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 a D)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; 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/T362962018中8.1的规定,主要操作流程见图1,具体步骤如下地表蒸散发地面观测数据选择;在检验区域内,选取涵盖主要地表类型,具有高、中,低地表蒸 a 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,宜选用质量标识为高、中等的数据,参见A.3 空间配准;将地面观测站位置与待检地表燕散发遥感产品像元进行匹配,对地面观测站通量源 b 区的范围与相应的遥感产品像元进行几何配准地表空间异质性分析;按照GB/T39468一2020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. 准确度评价:按照GB/T36296一2018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不确定度分析按照GB/T362962018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蒸散发遥感产品地表蒸散发地面观测数据选择空间配准像元尺度区域尺度地表空间异质性分析相对翼雀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
GB/T40033一2021 5.3间接检验法 5.3.1 交叉检验法检验流程应符合GB/T36296一2018中8.2.1的规定,主要操作流程见图2,具体步骤如下参考对象选择: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空间配准:对待检地表蒸散发遥感产品与参考对象进行儿何配准空间一致性判断;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准确度评价:若有已检地表蒸散发遥感产品时,按GB/T362962018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种及以上待检地表燕散发遥感产品时,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不确定度分析;按GB/T38296一2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468 f 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
GB/T40033一2021 待检地表燕散发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? 时间尺度转换空间配准空间一致性？? 空间尺度转换是否有已检产品? 否有3种及以上待检产品准确度评价准确度评价三重检验法或三角帽法不确定度分析图2交叉检验法操作流程 5.3.2时空变化趋势分析检验法检验流程应符合GB/T362962018中8.2.3的规定,主要操作流程见图3,具体步骤如下参考对象选择;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 a 参考对象;如果待检产品与参考对象的时间、空间分辨率不一致,可分别通过时间尺度平均法、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对象注:地表蒸散发影响因子包括辐射、空气温度、空气湿度和风速等气象因子,植被指数、叶面积指数等植被因子,以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 b
GB/T40033一2021 时空变化趋势分析;在一定时空范围内,对待检地表蒸散发遥感产品、参考对象分别进行时间空间变化趋势分析,获取时空变化规律 d 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比较,分析待检地表蒸散发遥感产品与参考对象的时空空变化趋势一致性准确度评价按照GB/T362962018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不确定度分析;按照GB/T362962018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然散发能利因子数据) 空间配准特控地表慈散发遇感产品的参考对象的时间、空间变化时间、空间变化趟势分析趟势分折变化趋势比对准确度评价不确定度分析图3时空变化趋势分析检验法操作流程检验报告 6.1封面信息检验报告封面应包括以下信息检验报告编号; aa b 检验报告名称;
GB/T40033一202 检验负责人; c d 检验核对人; 检验签发人; e fD 检验单位; 送检单位 8 h 检验时间 6.2正文信息 6.2.1待检地表蒸散发遥感产品概述对待检地表蒸散发遥感产品进行描述,宜包括 a 产品的数据源、时空覆盖范围,时空分辨率、投影方式、数据格式以及产品的适用性等 b)产品主要算法以及特点等 6.2.2参考对象描述对作为参考对象的验证数据集进行描述,宜包括 a 验证数据集的常规信息,包括名称,地面观测站的情况(如观测站名称、经纬度、海拔高度,地表类型、,测量仪器与布设情况)、数据格式、时空覆盖范围,时空分辨率,投影方式等; b)验证数据集的处理与质量评价描述; 验证数据集的适用性描述 c 6.2.3检验方法及流程对采用的检验方法和检验过程进行描述,宜包括检验方法和流程概述; a b) 检验结果的评价指标; 检验过程的记录要求; c 检验结果的存档 d 6.2.4真实性检验结论对真实性检验结果进行描述,宜包括: 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的总体精度 a b) 分项指标评价;描述所检验地表燕散发遥感产品在不同区域、不同时间尺度的精度;描述所检验地表蒸散发遥感产品在不同地表类型的精度检验过程不确定性分析 6.2.5附加信息对地表燕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 6.3检验报告信息简表地表燕散发遥感产品检验报告信息简表的编制参见GB/T36296一2018附录D.
GB/T40033一2021 附录 A 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.2.2.5仪器调试渐进进行,宜保证观测变量在合理的范围之内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
GB/T40033一2021 A.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平均周期的地表蒸散发,再结合数据插补方法获得不同时间尺度(日、月、年)的地表蒸散发 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)进行分析,获得各时次涡动相关仪观测数据的质量标识(高、中等、低. 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),最后结合数据插补方法获得不同时间尺度(日、月、年)的地表蒸散发 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-奥布霍夫相似理论获取的理论值进行比较,检验相似理论的适用性,从而评价闪烁仪观测数据的质量(高,中等,低)
GB/T40033一2021 附录 B 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 a 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/T39468一2020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 b 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/T39468一2020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,例如:辐射、空气温度、空气湿度和风速等气象因子,植被指数、叶面积指数等植被因子,以及土壤水分等土壤因子); 在地面观测站按GB/T39468一2020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; 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/T40033一2021 录附 C 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,在没有已检地表燕散发遥感产品,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,且待检地表燕散发遥感产品多于3种的情况下 tt 宜使用三角帽法( lhreecorneredhat)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ET的线性表达式,见公式(C.1). X;=a;十8ET十e C.1 式中 X 第i种待检地表蒸散发遥感产品值; ET -对应的真值(其为未知); rme -第种产品对应的校正系数; a， ,8 随机误差,服从零均值分布假设按公式(c.2)计算第(i=1,2.3)种与第j(=1,2,3)种待检地表蒸散发遥感产品的协方差 Q=Cov(X，,X， (C.2 式中 -第(i=1,2,3)种与第(=1,2.3)种待检地表蒸散发遥感产品的协方差值 Q 协方差运算符; Cov 第i种待检地表蒸散发遥感产品值 x X 第种待检地表蒸散发遥感产品值当i=时,Q.,即为方差经过以上运算可得到六个表达式,联立这六个表达式,将计算结果开平方,除以各产品均值,计算得到待检地表蒸散发遥感产品的准确度 c.3三角帽法假设待检地表蒸散发遥感产品X.(i=1,2.3,,N)可表示为真值ET与对应的随机误差e之和,见公式(C.3): X，=ETe十e C,3 从N个待检地表蒸散发遥感产品中随机选择一个参考产品(参考产品的选择不影响最终计算结果),其余N一1个产品分别与该参考产品进行作差运算假设这些产品时间序列长度为M,则得到一个M×(N一1)的矩阵容纳这些差值序列基于差值序列计算出其对应的协方差矩阵C,并引人一个大小为N×N的未知矩阵V,表示不同产品的随机误差序列矩阵的协方差矩阵 V矩阵的对角线元素为待检地表蒸散发遥感产品的误差方差,是待求变量,则协方差矩阵由公式(C.4)计算 .(C,4 C=K.V KT,K=[I，-U门 10
GB/T40033一2021 式中: 协方差矩阵; 大小为(N一1)×N一1)的单位矩阵 U 大小为(N一1)的向量[1,l1]'; K -单位矩阵1与向量U组成的大小为(N-1)XN的矩阵 -引人的大小为N×N的矩阵; T 转置运算符为了增加更多约束条件式,引人基于库恩塔克条件(Kuhn-Tucker)的凸优化方法,从而使目标函数在约束条件下最小化得到一组自由参数解,进而得到V矩阵中其他未知的元素最后对V矩阵的主对角线元素(待检地表蒸散发遥感产品的误差方差)开平方,除以各产品均值,计算得到待检地表蒸散发遥感产品的准确度

地表蒸散发遥感产品真实性检验GB/T40033-2021

地表蒸散发是影响陆地生态水文系统的一个重要因素。在遥感监测中，地表蒸散发通常通过计算植被指数、温度或湿度差等参数来实现。但是由于不同传感器的特性以及数据处理方法的不同，同一地区不同遥感产品得出的地表蒸散发量可能存在较大差异。

为了解决这个问题，GB/T40033-2021标准明确了地表蒸散发遥感产品真实性检验的内容和方法。该标准主要包括以下几个方面：

1. 数据来源和处理方法的说明

遥感产品的真实性检验需要明确数据的来源，包括传感器类型、观测时间、空间分辨率等信息。同时，还需要描述数据的预处理和计算方法，例如植被指数的计算公式、地表温度的反演方法等。

2. 野外观测数据的获取和验证

对于地表蒸散发量的遥感监测，野外观测数据是进行真实性检验的重要依据之一。因此标准中规定了野外观测数据的获取方法和验证标准。例如，观测点应该在植被覆盖度高、土壤含水量变化较大的区域选取，观测仪器应该符合相关标准。

3. 遥感产品的比较与评估

将遥感产品得出的地表蒸散发量与野外观测数据进行比较与评估，可以更加客观地判断遥感产品的真实性。标准中规定了比较和评估的方法，例如相关系数、平均误差等指标。

4. 数据共享和使用

标准中还规定了地表蒸散发遥感产品的数据共享和使用要求。遥感产品的全面、及时的共享可以促进地表蒸散发的研究和应用。

总之，GB/T40033-2021标准为地表蒸散发遥感产品的真实性检验提供了详细的标准和方法，对于推动地表蒸散发遥感监测的发展具有重要意义。