遥感气候数据记录（Climate Data Records，CDRs）为了解陆地、海洋、大气和冰盖变化提供了基础信息，是气候变化研究和决策制定的关键参考。在CDRs的生产和应用中，产品的评估和验证起着至关重要的作用。然而，现有的评估方案都依赖于简单的、时空不变的指标来评估产品的整体质量，从而导致因观测条件、算法差异和传感器退化而产生的产品内部不一致被长期忽视。作为全球气候观测系统（GCOS）认可的基本气候变量，叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）是 CDRs 的重要组成部分，也是地表和气候建模的重要变量，其产品内部的不一致有可能增加相关研究的不确定性。为了完善 LAI产品的评估方案，本研究提出了一种评估全球 LAI时间序列产品的新视角，以 MODIS C6.1 LAI 产品为例，通过不同传感器产品之间的交叉比较以及产品本身的时空相关性来推断其内部一致性,并且评估了内部不一致对LAI年际趋势分析的影响。该评价视角对于完善CDRs的评价方案、指导遥感产品的正确使用和后续改进方向提供了重要参考。
该研究成果近期以“An Insight into The Internal Consistency of MODIS Global Leaf Area Index Products”为题发表于国际期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 》杂志（IF = 7.5）。该研究得到国家自然科学基金委项目支持（42192580, 42271356）。
原文信息
题目：An Insight into The Internal Consistency of MODIS Global Leaf Area Index Products
期刊：IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (IF7.5)
第一作者：张行健
通讯作者：闫 凯 kaiyan@bnu.edu.cn
发表时间：2024.08
DOI：https://doi.org/10.1109/TGRS.2024.3434366
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方 法
图1 研究的技术路线图
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结 果
图2 2021年四个时期备用算法比例的全球分布。
图3 2017-2021年间主算法和备份算法的月平均 LAI 的直方图和箱线图。只有在一个月内同时采用了主算法和备份算法的像素才作为分析像素。
图4 2003至2021年期间Terra 和 Aqua不同算法组合的 LAI 差异（MOD15A2H-MYD1512H）的全球分布模式
图5 纬度平均差异分布，纬度间隔为 1°
图5 相邻两年间的相同位置像素对的LAI相关性（R）和偏差（Bias）对比。取 2003-2004、2010-2011 和 2020-2021 年三组结果的平均值。
2002 至 2021 年的多年平均 GSA LAI 和变异系数（CV）的空间分布图表明，北半球约有 31.09% 的Mixed LAI 值小于Main LAI 值，约52.55% 的区域Mixed LAI 的CV大于Main LAI。CV 值和平均 GSA LAI 不相等的区域主要出现在北半球的高纬度地区和热带地区，这些地区的时间序列中往往有一定比例的备用算法 LAI。总体而言，MODIS LAI 产品的内部不一致性导致了 LAI 绝对值的差异，并增加了异常时间波动的可能性。
图６ 北半球 GSA LAI 的空间分布及其在不同算法控制方法下的差异。(a) 2002-2021年GSA LAI的多年平均值，(b) 2002-2021年GSA LAI时间序列的CV。
产品内部不一致对 LAI 趋势检验结果的影响很小。在不进行 MK 检验的情况下，约 82.04% 的植被像素显示Main LAI 和 Mixed LAI的趋势幅度几乎相等，较大的差异集中在热带和高纬度地区。两种算法控制方法通过趋势检验的区域面积非常接近（p < 0.1）。在这些区域中，约31.94% 的Main LAI显著增加，而Mixed LAI显著增加的像素比例为30.64%的。此外，Main LAI 和Mixed LAI 显著下降的地区分别占 4.80% 和 4.55%。密度散点图显示，Main LAI 和Mixed LAI绝大部分像素表现出一致的趋势方向。
图７不同算法控制方法下GSA LAI的趋势分布及其差异。(a) 趋势估计，(b) 通过 MK 显著性检验（p < 0.1）的趋势估计。
图８不同算法控制方法LAI的年际趋势散点密度分布
根据上述结果对八种植被类型的内部一致性综合排名，结果显示越简单的植被类型，内部一致性越好。具体来说，禾本科/谷类作物（B1）、灌木（B2）和阔叶作物（B3）的内部一致性更高。常绿阔叶林（B5）的内部一致性较差。此外，我们还观察到，产品的内部一致性随季节的变化而变化，落叶针叶林（B8）受影响最大，而 EBF（B5）最稳定，这是因为反射率产品质量往往与季节相关。
图９根据上述结果对八种植被类型的内部一致性综合排名
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结 论
National Natural Science Foundation of China (42192580 and 42271356).
供稿：张行建
审核：闫 凯
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13.研究成果| ESSD: MODIS叶面积指数产品质量提升数据集（HiQ-LAI: 2000-2022）
遥感模型构建 | 地表参数反演
遥感产品验证与分析 | 植被与气候动态响应
