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国土资源遥感  2019, Vol. 31 Issue (3): 123-131    DOI: 10.6046/gtzyyg.2019.03.16
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基于HJ-1A/B CCD地表反照率估算方法比较与验证
樊宪磊, 阎宏波, 瞿瑛()
东北师范大学地理科学学院,长春 130024
Comparison and validation of the methods for estimating surface albedo from HJ-1 A/B CCD data
Xianlei FAN, Hongbo YAN, Ying QU()
School of Geographical Sciences, Northeast Normal University, Changchun 130024, China
全文: PDF(5118 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

高空间分辨率地表反照率数据集对天气预报和气候变化研究具有重要意义。环境减灾小卫星(HJ-1A/B)上搭载的CCD传感器,可以提供大幅宽、短重访周期的30 m空间分辨率对地观测数据,适用于生成高空间分辨率的地表反照率数据集。但是,目前对基于HJ-1A/B CCD数据地表反照率估算方法的图像精细度和估算精度还缺乏系统性的评价和比较验证。因此从图像精细度和估算精度2个方面,评价了基于HJ-1A/B CCD数据的2种地表反照率估算方法: 基于地表反射率的直接反演算法(direct estimation algorithm - surface reflectance,DEA-SUR)和基于MODIS核系数(MODIS kernel coefficients,MKC)的估算方法。在图像精细度评价中,采用目视判读和清晰度指数方法进行定性和定量评价,发现相比于MODIS反照率产品,DEA-SUR和MKC这2种估算方法获得的结果图像精细度均有明显提高,其中DEA-SUR方法显著改善了MKC方法存在的马赛克现象; 在估算精度验证中,基于US-MMS、长岭、盈科和纳木错4个站点进行了验证和比较分析,结果表明,DEA-SUR和MKC算法估算精度相当,在无积雪覆盖时DEA-SUR和MKC算法的估算均方根误差为0.015~0.041,在积雪覆盖地表估算误差显著增大。

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樊宪磊
阎宏波
瞿瑛
关键词 地表反照率HJ-1A/B高空间分辨率直接反演算法验证    
Abstract

High spatial resolution surface albedo datasets are of critical importance for weather forecast and global climate change studies. The Chinese Huanjing-1 satellites (HJ-1 A/B) can provide wide swath, short revisit time, and high spatial resolution (30 m) remote sensing observations, and hence can be considered as a perfect input data source for generating high spatial resolution surface albedo datasets. In this study, the authors compared and evaluated two methods for estimating surface albedo from HJ-1 A/B CCD data: the direct estimation algorithm from surface reflectance (DEA-SUR) and the method based on MODIS kernel coefficients (MKC). The visual interpretation and clarity index methods were employed for evaluating the fineness of the images. The results show that the clarity and fineness of imagery were greatly improved by the DEA-SUR and MKC methods, compared with the MODIS surface albedo products. It has been demonstrated that the DEA-SUR method is much better than MKC method in avoiding the mosaic effects. Four sites (US-MMS, CN-Cng, Yingke, and Namco) were used for validating and comparing the DEA-SUR and MKC methods. The results show that the DEA-SUR method and the MKC method have similar estimation accuracies during the snow-free period (root mean squared error (RMSE) is 0.015~0.041). In contrast, the estimation error is much larger during the snow-covered period.

Key wordssurface albedo    HJ-1 A/B    high spatial resolution    direct estimation algorithm    validation
收稿日期: 2018-08-10      出版日期: 2019-08-30
:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金青年项目“中国东北地区地表反照率对气候变化的响应与反馈遥感监测分析”(41601349);吉林省科技发展计划优秀青年人才基金项目“基于FY3C-MERSI数据的地表反照率遥感估算方法研究”(20180520220JH);中央高校基本科研业务费项目青年教师发展基金项目“地表反照率辐射强迫时空变化重建与模拟研究”(2412019FZ003)
通讯作者: 瞿瑛
作者简介: 樊宪磊(1993-),男,硕士研究生,研究方向为高空间分辨率地表反照率遥感估算方法研究。Email: fanxl587@nenu.edu.cn.。
引用本文:   
樊宪磊, 阎宏波, 瞿瑛. 基于HJ-1A/B CCD地表反照率估算方法比较与验证[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(3): 123-131.
Xianlei FAN, Hongbo YAN, Ying QU. Comparison and validation of the methods for estimating surface albedo from HJ-1 A/B CCD data. Remote Sensing for Land & Resources, 2019, 31(3): 123-131.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2019.03.16      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2019/V31/I3/123
Fig.1  DEA流程
Fig.2  基于MKC的估算方法流程
站点名称 纬度 经度 地表覆
盖类型
数据观
测时间
US-MMS N39.323 2° W86.413 1° 落叶阔叶林 1999—2014年
长岭 N44.593 4° E123.509 2° 草地 2007—2010年
盈科 N38.857 1° E100.410 3° 农田 2008—2009年
纳木错 N30.772 7° E90.962 9° 高寒草甸 2009.12—2010.2
Tab.1  地表反照率地面观测站点信息
Fig.3  地表反照率观测站点的Google Earth影像示意图
Fig.4  张掖市HJ-1A CCD B4(R),B3(G),B2(B)假彩色合成影像
Fig.5  张掖市实验区地表反照率数据集(白空反照率)比较
Fig.6  地表反照率随空间分辨率的变化
Fig.7  地表反照率随空间分辨率的变化统计
Fig.8  DEA-SUR,MKC和MODIS反照率与US-MMS站点观测值比较
Fig.9  DEA-SUR,MKC和MODIS反照率与长岭站点观测值比较
Fig.10  DEA-SUR,MKC和MODIS反照率与盈科站点观测值比较
Fig.11  DEA-SUR,MKC和MODIS反照率与纳木错站点观测值比较
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