(高清版)GBT 40033-2021 地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)

GB/T40033—2021國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T40033—2021 I Ⅱ 4基本要求 5.1檢驗(yàn)方法選擇 2 6檢驗(yàn)報告 6.1封面信息 56.2正文信息 66.3檢驗(yàn)報告信息簡表 6附錄A(資料性附錄)地表蒸散發(fā)地面觀測儀器及使用方法 附錄B(資料性附錄)地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法 9附錄C(資料性附錄)地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品準(zhǔn)確度計(jì)算方法 IGB/T40033—2021本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國科學(xué)院提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國遙感技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC327)歸口。份有限公司、中國科學(xué)院青藏高原研究所、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院。劉照言。GB/T40033—2021地表蒸散發(fā)是植被蒸騰和土壤、水體、植被冠層截留降水的蒸發(fā)以及冰雪升華的總和，是地表能量平衡和水循環(huán)的重要分量。遙感技術(shù)是獲取時空連續(xù)地表蒸散發(fā)的有效手段之一，業(yè)已發(fā)布了多種全球尺度和區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品。由于算法和數(shù)據(jù)的限制，地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品不可避免存在誤差，需要對其進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)。但由于驗(yàn)證數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)方法和評價指標(biāo)等的差異，目前真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果不具備可比性，因此需要制定科學(xué)、規(guī)范的地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。1GB/T40033—2021地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)的基本要求、檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)報告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于日/月/年全球尺度和區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改版)適用于本文件。GB/T36296—2018遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)導(dǎo)則GB/T39468—2020陸地定量遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)通用方法3術(shù)語和定義GB/T36296—2018和GB/T39468—2020界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1地表蒸散發(fā)landsurfaceevapotranspiration3.2通量源區(qū)fluxsourcearea對通量觀測值有主要貢獻(xiàn)的上風(fēng)向區(qū)域。4基本要求地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)應(yīng)符合GB/T36296—2018中第7章的規(guī)定，并滿足下列要求：a)參考對象應(yīng)與待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品處于相同時間的同一區(qū)域；c)參考對象應(yīng)首選地面觀測地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，也可選用與待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品投影方式相同、時空分辨率一致的已檢或多種待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品(或模型產(chǎn)品、再分析數(shù)據(jù)等),或已檢地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù)。5檢驗(yàn)方法5.1檢驗(yàn)方法選擇根據(jù)參考對象的可獲取性選擇相應(yīng)的檢驗(yàn)方法：2GB/T40033—2021a)當(dāng)檢驗(yàn)區(qū)域有地面觀測地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)作為參考對象時，應(yīng)采用直接檢驗(yàn)法；b)當(dāng)檢驗(yàn)區(qū)域無地面觀測地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，但有已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品(或模型產(chǎn)品、再分析數(shù)據(jù)等)作為參考對象，或待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品有3種及以上時，應(yīng)采用間接檢驗(yàn)法中的交叉檢驗(yàn)法；c)當(dāng)檢驗(yàn)區(qū)域無地面觀測地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)、無已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品(或模型產(chǎn)品、再分析數(shù)據(jù)等),且待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品少于3種，但有已檢地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù)時，應(yīng)采用間接檢驗(yàn)法中的時空變化趨勢分析檢驗(yàn)法。5.2直接檢驗(yàn)法檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.1的規(guī)定，主要操作流程見圖1,具體步驟如下：散發(fā)量的地面觀測站，并優(yōu)先選擇地表均質(zhì)的地面觀測站，通過測量獲得地表蒸散發(fā)地面觀測數(shù)據(jù)，地面觀測儀器及使用方法參見附錄A;同時，考慮觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量與時間連續(xù)性，宜選用b)空間配準(zhǔn)：將地面觀測站位置與待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品像元進(jìn)行匹配，對地面觀測站通量源區(qū)的范圍與相應(yīng)的遙感產(chǎn)品像元進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。c)地表空間異質(zhì)性分析：按照GB/T39468—2020中4.2的規(guī)定分析地面觀測站通量源區(qū)所在像元的地表空間異質(zhì)性。d)地表蒸散發(fā)相對真值獲?。航Y(jié)合地表空間異質(zhì)性分析結(jié)果，獲取像元尺度或區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)相對真值，獲取方法參見附錄B。e)準(zhǔn)確度評價：按照GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)定量表達(dá)待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的像元尺度或區(qū)域尺度準(zhǔn)確度。f)不確定度分析：按照GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評價指標(biāo)以及GB/T39468—2020中6.2規(guī)定的不確定性評價方法對直接檢驗(yàn)過程不確定度進(jìn)行分析。待檢地表燕散發(fā)遙感產(chǎn)品地表蒸散發(fā)地面觀測數(shù)據(jù)選擇空間配準(zhǔn)地表空間異質(zhì)性分析像元尺度相對真值獲取相對真值獲取準(zhǔn)確度評價不確定度分析圖1直接檢驗(yàn)法操作流程3GB/T40033—20215.3間接檢驗(yàn)法檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.2.1的規(guī)定，主要操作流程見圖2,具體步驟如下：a)參考對象選擇：宜選取與待檢產(chǎn)品時間分辨率一致的已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品(或模型產(chǎn)品、再分析數(shù)據(jù))或3種及以上待檢地表蒸散發(fā)產(chǎn)品作為參考對象。b)時間一致性判斷：判斷待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品與參考對象時間分辨率是否一致。若待檢產(chǎn)品與參考對象的時間分辨率不一致，可通過時間尺度平均法進(jìn)行升尺度，獲取與待檢產(chǎn)品時間分辨率一致的數(shù)據(jù)作為參考對象。c)空間配準(zhǔn)：對待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品與參考對象進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。d)空間一致性判斷：判斷待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品與參考對象是否一致。如果一致，可直接采用參考對象作為相對真值；否則，宜采用雙線性內(nèi)插法進(jìn)行升尺度，將待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品與參考對象的空間分辨率保持一致，獲取空間分辨率一致的參考對象作為相對真值。e)準(zhǔn)確度評價：若有已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品時，按GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)定量表達(dá)待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度；若沒有已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品，但有3種及以上待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品時，宜使用三重檢驗(yàn)法或三角帽法(參見附錄C)計(jì)算待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。f)不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評價指標(biāo)以及GB/T39468—2020中6.2規(guī)定的不確定性評價方法對交叉檢驗(yàn)過程不確定度進(jìn)行分析。4GB/T40033—2021遙感產(chǎn)品參考對象選擇(已檢產(chǎn)品或3種及以上待檢產(chǎn)品)時間一致性?空間配準(zhǔn)空間一致性?空問尺度轉(zhuǎn)換是否有已檢產(chǎn)品?否(有3種及以上待檢產(chǎn)品)是不確定度分析準(zhǔn)確度評價準(zhǔn)確度評價否否一是是檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.2.3的規(guī)定，主要操作流程見圖3,具體步驟如下：a)參考對象選擇：宜選取與待檢產(chǎn)品時間、空間分辨率一致的已檢地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù)作為雙線性內(nèi)插法進(jìn)行升尺度，獲取與待檢產(chǎn)品時間、空間分辨率一致的影響因子數(shù)據(jù)作為參考及土壤水分等土壤因子。影響因子數(shù)據(jù)可來源于遙感產(chǎn)品、模型產(chǎn)品與再分析數(shù)據(jù)等。b)空間配準(zhǔn)：將待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品與參考對象進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。5GB/T40033—2021d)變化趨勢比對：對待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的時空變化趨勢與參考對象的時空變化趨勢進(jìn)行e)準(zhǔn)確度評價：按照GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)定量表達(dá)待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。f)不確定度分析：按照GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評價指標(biāo)以及GB/T39468—2020中6.2規(guī)定的不確定性評價方法對時空變化趨勢分析檢驗(yàn)過程不確定度進(jìn)行分析。待檢地表燕散發(fā)遙感產(chǎn)品參考對象選擇(已檢地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù))空間配準(zhǔn)時間、空間變化趨勢分析趨勢分析變化趨勢比對準(zhǔn)確度評價不確定度分析6檢驗(yàn)報告檢驗(yàn)報告封面應(yīng)包括以下信息：a)檢驗(yàn)報告編號；b)檢驗(yàn)報告名稱；6GB/T40033—2021c)檢驗(yàn)負(fù)責(zé)人；d)檢驗(yàn)核對人；e)檢驗(yàn)簽發(fā)人；f)檢驗(yàn)單位；g)送檢單位；h)檢驗(yàn)時間。b)產(chǎn)品主要算法以及特點(diǎn)等。b)驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的處理與質(zhì)量評價描述；c)驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的適用性描述。a)檢驗(yàn)方法和流程概述；b)檢驗(yàn)結(jié)果的評價指標(biāo)；c)檢驗(yàn)過程的記錄要求；d)檢驗(yàn)結(jié)果的存檔。a)真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果總體評價：描述所檢驗(yàn)地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品在不同地表類型的精度。c)檢驗(yàn)過程不確定性分析。對地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)過程中的非常規(guī)問題進(jìn)行說明與描述。地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品檢驗(yàn)報告信息簡表的編制參見GB/T36296—2018附錄D。7(資料性附錄)地表蒸散發(fā)地面觀測儀器及使用方法A.1觀測儀器A.1.1渦動相關(guān)儀渦動相關(guān)儀觀測通量源區(qū)在幾十米至幾百米，宜用于檢驗(yàn)中高分辨率地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品。A.1.2閃爍儀分為近紅外閃爍儀、近紅外閃爍儀與微波閃爍儀組成的雙波段閃爍儀兩種，觀測通量源區(qū)在1km~5km,宜用于檢驗(yàn)中低分辨率地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品。A.1.3儀器組成由傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及供電裝置組成。A.2使用方法A.2.1觀測場地選擇確定觀測對象后，儀器宜安裝在受毗鄰生態(tài)系統(tǒng)干擾最小的地點(diǎn)，并對當(dāng)?shù)刂黠L(fēng)向做出分析，以保證觀測期內(nèi)風(fēng)主要來自期望測量的下墊面方向，或通量源區(qū)在1個或數(shù)個待檢像元內(nèi)。A.2.2儀器安裝與調(diào)試A.2.2.1渦動相關(guān)儀和閃爍儀宜安裝在地面觀測站的觀測塔上。A.2.2.2渦動相關(guān)儀宜安裝在距地表或植被冠層上方1.5m及以上處，其中渦動相關(guān)儀的超聲風(fēng)速儀水平泡處于平衡狀態(tài)，并使超聲風(fēng)速儀對準(zhǔn)當(dāng)?shù)刂黠L(fēng)向或正北。渦動相關(guān)儀的安裝支臂長度宜大于觀測塔塔體寬度的2倍。A.2.2.3閃爍儀包括發(fā)射儀和接收儀，宜南北向放置，并使光徑路線盡量垂直于觀測站的主風(fēng)向。雙波段閃爍儀中的近紅外閃爍儀的安裝宜綜合考慮地面觀測站地表蒸散發(fā)的大小和觀測場地情況，確定光徑長度、發(fā)射儀與接收儀的安裝高度；微波閃爍儀根據(jù)近紅外閃爍儀的光徑長度、安裝高度進(jìn)行安裝。A.2.2.4在正式供電前，仔細(xì)檢查線路的接法是否正確。A.2.3數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集使用遠(yuǎn)程無線采集或人工現(xiàn)場采集方式。A.2.4標(biāo)定A.2.4.1在室內(nèi)或室外用標(biāo)準(zhǔn)氣體和露點(diǎn)發(fā)生器對渦動相關(guān)儀的紅外氣體分析儀進(jìn)行標(biāo)定，在低速風(fēng)洞中對超聲風(fēng)速儀進(jìn)行標(biāo)定。A.2.4.2在室外平坦、均質(zhì)地表和天氣晴好條件下，用標(biāo)定好的渦動相關(guān)儀對閃爍儀進(jìn)行標(biāo)定。8GB/T40033—2021A.3數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制A.3.1渦動相關(guān)儀數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制A.3.1.1對渦動相關(guān)儀觀測的高頻湍流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、通量計(jì)算及必要修正等，獲得30min平均周A.3.1.2對渦動相關(guān)儀觀測誤差(系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差)以及渦動相關(guān)儀的理論與假設(shè)滿足程度(方差檢驗(yàn)、正態(tài)性檢驗(yàn)、功率譜與協(xié)譜分析、湍流平穩(wěn)性與發(fā)展充分性檢驗(yàn)以及能量平衡閉合評價)進(jìn)行分A.3.2閃爍儀數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制A.3.2.1對閃爍儀觀測的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)值進(jìn)行處理，得到空氣溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)、空氣濕度結(jié)構(gòu)參數(shù)和空氣溫濕度相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)(近紅外閃爍儀只能獲得空氣溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)),再結(jié)合氣象數(shù)據(jù)通過迭代計(jì)算得到30min平均周期的地表蒸散發(fā)(近紅外閃爍儀通過地表能量平衡方程余項(xiàng)法獲得),最后結(jié)A.3.2.2將不同大氣穩(wěn)定度狀況下閃爍儀獲取的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)值與基于莫寧-奧布霍夫相似9GB/T40033—2021(資料性附錄)地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法B.1像元尺度地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法像元尺度地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法如下：a)對于均質(zhì)地表，如果像元中僅有1個地面觀測站，將地面觀測地表蒸散發(fā)值作為地面觀測站通量源區(qū)所在像元的相對真值；如果像元中有多個地面觀測站，按照GB/T39468—2020中4.4.2a)規(guī)定的均質(zhì)地表的尺度轉(zhuǎn)換方法獲取地面觀測站通量源區(qū)所在像元的相對真值。b)對于非均質(zhì)地表，當(dāng)?shù)孛嬗^測站通量源區(qū)大小與待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品像元尺度相同或相近時，將地面觀測地表蒸散發(fā)值作為地面觀測站通量源區(qū)所在像元的相對真值；否則，結(jié)合地面觀測值和輔助信息，按照GB/T39468—2020中4.4.2a)規(guī)定的非均質(zhì)地表的尺度轉(zhuǎn)換方法獲取地面觀測站通量源區(qū)所在像元的相對真值。B.2區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)相對真值獲取方法區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)相對真值獲取的主要步驟：a)選取檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)多個地面觀測站的地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)和輔助信息(地表蒸散發(fā)影響因子數(shù)據(jù)，例水分等土壤因子);b)在地面觀測站按GB/T39468—2020中4.4.2b)規(guī)定的尺度轉(zhuǎn)換方法構(gòu)建尺度轉(zhuǎn)換模型，通過檢驗(yàn)與分析優(yōu)選合適的模型；c)在檢驗(yàn)區(qū)域應(yīng)用優(yōu)選的模型，獲取區(qū)域尺度地表蒸散發(fā)的相對真值。GB/T40033—2021(資料性附錄)地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品準(zhǔn)確度計(jì)算方法C.1方法的適用條件C.1.1交叉檢驗(yàn)時，在沒有已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品，但有3種待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品，且誤差獨(dú)立的情況下，宜使用三重檢驗(yàn)法(triplecollocation)計(jì)算待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。C.1.2交叉檢驗(yàn)時，在沒有已檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品，且待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品多于3種的情況下，宜使用三角帽法(threecorneredhat)計(jì)算待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。C.2三重檢驗(yàn)法假設(shè)待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品X;(i=1,2,3)可表示為真值ETtruc的線性表達(dá)式，見公式(C.1):X;=α;+β;ETtrue十e;……(C.1)式中：X;——第i種待檢地表蒸散發(fā)遙感產(chǎn)品值；ETtrue——對應(yīng)的真值(其為未知);α;,β;——第i種產(chǎn)品對應(yīng)的校正系數(shù)；E;——隨機(jī)誤差，服從零均值分布假設(shè)。按公式(C.2)計(jì)算第i(i=1,2,3)種與第j(j=1,2