海洋表面溫度漂流浮標點觀測空間代表性評價算法的製作方法

2023-09-16 08:16:25

本發明涉及海洋遙感監測領域，具體涉及一種海洋表面溫度漂流浮標多點觀測空間代表性評價算法。

背景技術：

海洋表面溫度(seasurfacetemperature，sst)的浮標觀測經常用於驗證衛星遙感定量反演的sst產品，包括微波和紅外遙感產品。由於浮標觀測屬於點觀測，而遙感產品屬於面觀測，因此就會有這樣兩個問題：點觀測能夠在多大程度上很好地代表遙感面觀測？在sst遙感產品驗證的過程中，在什麼樣的尺度下應該考慮空間代表性誤差？關於空間代表性問題的研究，目前更多地集中在單個觀測站點的地表反射率和lai兩個參數的評價上，並且多數針對抽樣誤差進行評價，而針對sst浮標多點觀測的空間代表性評價尚未見到。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種海洋表面溫度漂流浮標多點位觀測空間代表性評價算法，藉助較高空間解析度的紅外sst遙感產品，從細尺度上的抽樣誤差和粗尺度上的空間代表性誤差兩方面定量評價漂流浮標sst多點位觀測在不同空間尺度下的空間代表性。

為實現上述目的，本發明採取的技術方案為：

海洋表面溫度漂流浮標多點觀測空間代表性評價算法，在進行sst遙感產品進行驗證時，首先需要根據抽樣誤差藉助高解析度sst遙感產品計算不同尺度(細尺度公裡級和粗尺度柵格級)msd、rmsd和rmd來定量評價sst多點位觀測的空間代表性誤差(其中，粗尺度柵格級的msd、rmsd、rmd分別是是細尺度公裡級高解析度遙感觀測與其多尺度鄰域遙感觀測的複合)；然後以漂流浮標點位觀測為參考值，計算sst遙感產品的平均偏差、誤差標準差及均方根誤差並與漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差進行比較，如果sst遙感產品誤差小於漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差，漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差可以忽略，說明在此尺度上漂流浮標的點位觀測的空間代表性強；否則，空間代表性誤差不可以忽略。

以高解析度sst遙感產品的空間解析度為基本單元，選擇漂流浮標聚集的單元，計算細尺度公裡級的抽樣誤差(公式1)：

其中，sekilo是細尺度公裡級每一個基本單元的抽樣誤差，xi為在一個基本單元範圍內的n個漂流浮標觀測，為基本單元範圍內n個漂流浮標觀測的平均值。

在抽樣誤差的基礎上通過以下算式計算均方差(msd)、均方根誤差(rmsd)和相對平均偏差(rmd)，評價細尺度公裡級漂流浮標多點位觀測的空間代表性誤差：

通過以下方法完成粗尺度柵格級(＞20km)空間代表性誤差計算：

首先，以高解析度sst遙感產品的像元為中心，根據公式(1)分別計算其5×5鄰域、13×13鄰城、25×25鄰域的空間抽樣誤差，記為semac；然後，根據公式(5)複合細尺度公裡級抽樣誤差：

segrid＝sekilo+semac(5)。

其次，根據不同尺度空間抽樣誤差，以及以下公式定量評價粗尺度柵格級漂流浮標多點位觀測的空間代表性誤差。

msdptog＝msdpto4km+msd4kmtog，(6)

再次，以以漂流浮標點位觀測為參考值，計算sst遙感產品的平均偏差、誤差標準差及均方根誤差並與漂流浮標多點位觀測的空間代表性誤差進行比較，如果sst遙感產品誤差小於漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差，漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差可以忽略，說明在此尺度上sst點位觀測具有較強的空間代表性；否則，空間代表性誤差不可以忽略。

本發明具有以下有益效果：

本發明藉助較高空間解析度的紅外sst遙感產品，定量評價漂流浮標sst多點位觀測在不同空間尺度下的空間代表性。本算法在細尺度空間代表性評價中通過抽樣誤差的計算，並在三維空間內可視化多點漂流浮標空間代表性誤差的空間分布特徵；在粗尺度上，以漂流浮標觀測的點位位置為中心，在其多個鄰域尺度上分別複合細尺度上的抽樣誤差來定量評價粗尺度柵格級漂流浮標多點位觀測的空間代表性。

附圖說明

圖1為本發明實施例中4km尺度下空間代表性誤差空間分布圖

圖2為本發明實施例中4km尺度下空間代表性誤差時間特徵。

圖3為本發明實施例中20km、50km、100km尺度下空間代表性誤差空間分布圖

圖4為本發明實施例中20km、50km、100km尺度下空間代表性誤差時間特徵。

圖5為本發明實施例中20km、50km、100km尺度下modissst空間變異分布(a：20km；b：50km；c：100km)

圖6為本發明實施例中20km、50km、100km尺度下modissst空間變異時間特徵。

具體實施方式

為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例

此算法已經以亞印太交匯區為研究區，運用於2010年modis反演sst產品驗證中：數據說明：2010年漂流浮標sst來源於http：//www.meds-sdmm.dfo-mpo.gc.ca/isdm-gdsi/drib-bder/svp-vcs/index-eng.asp；modisaqua星level-3map產品，4km空間解析度，8天合成數據，來源於http：//gcmd.nasa.gov。

結果分析

1)4km尺度下空間代表性誤差時空分布如圖1-圖2所示(僅展示部分結果)。

表14km尺度下空間代表性誤差統計

2)20km，50km，100km尺度下空間代表性時空分布如圖3-圖4所示。

表220km、50km、100km尺度下空間代表性誤差統計(第16周)

表320km、50km、100km尺度下空間代表性誤差統計(第24周)

3)modissst空間變異(尺度：20km，50km，100km)如圖5所示。

4)modissst驗證

以漂流浮標點位觀測為參考值，4km尺度下modissst驗證結果：

表44kmmodissst驗證結果統計

表54km尺度下漂流浮標多點位觀測空間代表性誤差統計

漂流浮標空間代表性誤差接近modis4kmsst的驗證誤差，在4km尺度下直接驗證時，漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差可以忽略，說明在4km尺度上漂流浮標點位觀測的空間代表性強。

表6-8分別顯示了20km、50km、100km尺度下複合空間代表性誤差特徵

表620km尺度下空間代表性誤差統計

表750km尺度下空間代表性誤差統計

表8100km尺度下空間代表性誤差統計

在20km，50km，100km尺度下，漂流浮標點位觀測的空間代表性誤差明顯偏大，因此在衛星產品直接驗證時，這三種尺度下漂流浮標的空間代表性誤差不能被忽略。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。