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地表反照率是地表辐射能量平衡、地气相互作用以及全球气候变化中重要的驱动参数之一。同时,地表反照率的时空变化也是人类和自然活动变化的指示因子之一。卫星遥感观测为获取局地或全球地表反照率提供了途径。GLASS反照率产品是一套最新发布的全球每日地表反照率产品数据集,其中包括初级产品和合成产品。尽管GLASS反照率初级产品极大地提高了现有反照率产品的时间分辨率。但是由于云覆盖等囚素的影响,GLASS反照率初级产品存在着大量的数据缺失。同时,受数据噪声和算法不确定性的影响,GLASS反照率初级产品的时间序列还存在着剧烈抖动。本文针对GLASS反照率初级产品存在的问题,提出了一种基于统计量的反照率时间序列滤波算法,用以重建全球地表每日反照率时间序列,生产GLASS反照率合成产品。
本文首先在第一章介绍了GLASS反照率初级产品和现有的遥感产品的数据缺失填补的方法。第二章中,在反照率时间相关性的前提下,基于Bayesian理论推导了反照率时间序列滤波算法公式,并对算法特点做出了分析。分析表明,该算法具有这样几个优点:1)综合考虑了反照率的统计相关性和观测数据噪声给滤波结果带来的影响;2)同时具备缺失填补和时间序列平滑的功能;3)能够融合多套反照率产品;4)能够定量地给出滤波结果的不确定性估计。
第三章首先简单分析了滤波算法的输入数据,即四套GLASS反照率初级产品的时空连续性以及精度评价结果。随后本文讨论了在数据融合前,消除产品系统偏差的归一化方法。之后本文利用MODIS反照率产品作为参考数据,对四套GLASS反照率初级产品进行了一致性检验。检验结果表明,四套GLASS反照率初级产品之间系统差别很小,可以认为GLASS反照率初级产品之间不存在系统偏差。本文第四章首先介绍了利用多年MODIS反照率产品统计全球地表反照率先验知识的方法,并以中国地区为例分析了反照率先验统计量的时空分布规律。之后,本文给出了先验统计量和反照率滤波公式系数之间的转换方法。
最后,本文先对一个地区滤波前后反照率分布进行了对比分析。结果表明该算法可以很好地对反照率缺失数据进行填补。然后本文选取了全球16个FLUXNET及GC-Net的站点,利用地面反照率实测数据对算法精度进行验证和评价。结果表明,该算法在非冰雪站点的验证效果较好(决定系数R2=0.8077,均方根误差RMSE=0.03),而在冰雪站点的验证效果较差(R2=0.0154,RMSE=0.0938)。