Исследователи разработали новый подход для оценки пространственной репрезентативности станций измерения влажности почвы

Исследовательская группа из Института исследований аэрокосмической информации Китайской академии наук разработала новую методику для глобальной оценки пространственной репрезентативности станций мониторинга влажности почвы. Их исследование показало, что около 63% существующих станций наблюдений достоверно отражают условия на масштабе спутникового пикселя.

Исследование, опубликованное в журнале IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, предоставляет ценные данные для оптимального размещения станций и надёжной валидации спутниковых продуктов. Влажность почвы критически важна для климатических систем, гидрологии и сельского хозяйства. Пассивное микроволновое дистанционное зондирование эффективно для мониторинга в крупных масштабах, но часто имеет низкое пространственное разрешение. Наземные станции дают точные локальные измерения, но плохо отражают условия на более широком, спутниковом масштабе, что усложняет процесс валидации.

Для решения этих проблем исследователи использовали метод расширенной тройной коллокации (ETC), чтобы оценить корреляцию между данными наземных станций и измерениями влажности почвы в масштабе спутникового пикселя, избегая необходимости в дополнительных полевых данных. Учёные оценили пространственную репрезентативность 322 станций по всему миру. Было установлено, что станции со значением ETC-R выше 0,7 репрезентативны для спутникового масштаба. Результаты показали, что примерно 63% станций обладают хорошей пространственной репрезентативностью.

Исследование также выявило, что более высокая поверхностная неоднородность, обусловленная такими факторами, как текстура почвы, тип земного покрова, высота над уровнем моря и растительность, снижает репрезентативность станции, особенно в районах с разнообразными типами земного покрова, который оказался наиболее влиятельным фактором. Дополнительно был введён новый показатель — «коэффициент сходства площади участка», оценивающий, насколько характеристики окружающей среды станции соответствуют характеристикам прилегающей территории. Этот подход, подтверждённый анализом данных о влажности почвы с высоким разрешением (1 км), подчёркивает влияние поверхностной неоднородности на изменчивость влажности почвы и репрезентативность станций.

Новая методика применима для оценки и других параметров окружающей среды, что делает её ценным инструментом для улучшения валидации данных дистанционного зондирования. Полученные результаты значительно повышают качество спутникового мониторинга влажности почвы и закладывают основу для совершенствования климатического мониторинга, сельскохозяйственного планирования и управления водными ресурсами.