研究成果| IJDE: 从时空变异性的视角重新审视MODIS系列LAI产品的一致性

文摘   科学   2024-09-27 10:48   北京  

导言

  叶面积指数(LAI)是表征植被冠层结构的关键植被结构参数。多种基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)观测数据生成的LAI产品对全球能量通量、气候变化和生物地球化学研究产生了显著影响。此外,基于遥感产品的植被空间异质性不仅反映了植被与环境的相互作用,也是理解栖息地异质性和生物多样性的关键。这些产品的质量和长期表现对相关研究结论的可靠性具有重要影响。然而传统的产品评估方法通常通过单一的整体精度指标或与地面测量的偏差来描述产品质量,忽视了对植被内部异质性和时间动态的准确表征能力。因此,本研究提出结合空间异质性和时间稳定性评估产品的新视角。基于LAI时空变异性的空间分布、离散程度、长期趋势和年际变化,审视产品间的一致性。该研究加深了我们从时空变异性角度对产品差异的理解,为遥感产品的准确使用和后续优化提供了参考。

 该研究成果近期以“Revisiting the Consistency of MODIS LAI Products from A New Perspective of Spatiotemporal Variability”为题发表于国际期刊International Journal Of Digital Earth杂志(IF = 3.7)。该研究得到国家自然科学基金委项项目(42192580 , 42271356)和中央高校基本科研业务费的支持。


原文信息

题目:Revisiting the Consistency of MODIS LAI Products from A New Perspective of Spatiotemporal Variability

期刊:International Journal Of Digital Earth (IF = 3.7)

第一作者:彭瑞

通讯作者:闫   凯 kaiyan@bnu.edu.cn

发表时间:2024.09

DOI:https://doi.org/10.1080/17538947.2024.2407045

论文内容

1

方    法

本研究通过分析LAI的空间异质性和时间稳定性,评估MOD15A2HMYD15A2H产品的时空一致性。采用变异系数(CV)来衡量局部空间异质性,时间序列稳定性(TSS)评估时间维度上的波动,并通过异常像素计数(APC)追踪长期异常变化。使用Sen-MK趋势检验方法来确定时间序列中的趋势和变化幅度。总体分析旨在揭示LAI数据在长期和不同空间尺度上的一致性和异常情况

        LAI CV:


       TSS:


        APC:


2

结     果

  MOD15A2H和MYD15A2H LAI局部空间异质性的全球空间分布基本一致,大多数地区的差异在-4%到4%之间,2月的差异更大,特别是在热带地区。MOD在亚马逊雨林和中非地区的LAI CV值低于MYD,而在北美南部和东欧地区则较高。在不同植被类型中,两者的LAI CV相关性在非森林生物群落中较高,R²值超过0.8,但在森林生物群落中的相关性较低,尤其是针叶林(ENF)类型,R²值最低为0.45,表明森林生物群落中的空间一致性较差。


1 MOD15A2H与MYD15A2H LAI CV的全球分布。

2 不同生物群落类型LAI CV相关性密度分布。

MOD15A2HMYD15A2H的时间序列稳定性(TSS)在全球范围内表现出较高的一致性,但在亚马逊雨林和中非地区,MODTSS值高于MYD,尤其是在赤道附近和20°-30°N纬度范围内差异更大。在不同植被类型中,两者的TSS分布范围大体相似,非森林生物群落的TSS波动较小,而森林生物群落,常绿阔叶林(EBF)类型中,MODTSS值比MYD高出12.3%

3 MOD15A2H与MYD15A2H的TSS全球分布

图4 不同生物群落类型TSS分布范围


RD-APCIQR-APC的时空分布揭示了LAI局部空间异质性在长期尺度上的异常波动。MODIQR-APC在南美和非洲地区总体高于MYD,尤其是在40°S以南的地区。MODRD-APC值在亚马逊雨林和中非地区也较高,显示出这些区域内较大的短期强烈异常波动。相比之下,MYD在这些区域表现出更好的长期时间序列稳定性。

5 RD APC与IQR APC时空分布


    两产品LAI CV趋势在全球范围内具有相似的空间分布,南美南部、中国东部和欧洲东部等地区显示出显著的上升趋势,而北美北部和中国西南部则呈现显著下降。LAI CV的显著变化区域中,MOD的变化范围相对更集中,且趋势更强。相比之下,TSS在大部分地区没有显著趋势变化,两者在时间序列上表现出较好的稳定。在不同植被类型中,MYDLAI CV无显著变化的区域比例更大


图6 LAI CV与TSS趋势分布


图7 不同生物群落中LAI CV和TSS的趋势变化类型百分比


    LAI CV在大多数植被类型中趋势相似,除草地和阔叶农田外,MYDLAI CV普遍高于MOD。在阔叶农田中,LAI CV呈显著增加趋势,而其他植被类型则大多呈下降趋势或无明显变化。TSS在大多数植被类型中没有显著趋势变化,显示出时间上的持续稳定性。两者的年内变化表现出一致性,除草地外,大部分植被类型的LAI CV68月达到最低点,然后逐渐回升,常绿阔叶林的年内变化幅度最大,MYDLAI CV在全年大部分月份中高于MOD


图8LAI CV与TSS年际变化

图9LAI CV与TSS年内变化


3

结    论

本研究基于时空变异性的视角评估了MOD15A2HMYD15A2H两种LAI产品的时空一致性。结果表明,两者在全球范围内的LAI CV TSS上具有较高的一致性,特别是在非森林生物群落中。然而在森林生物群落,尤其是常绿阔叶林和热带地区,存在一定的差异。MYD产品在这些区域有较好的时间稳定性,MOD在局部空间异质性上有一定离散。总体而言,两种产品均具备较为可靠的时间序列稳定性,适用于长期的植被动态监测。


论文链接

    https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17538947.2024.2407045


引用格式

Peng, Rui, Kai Yan, Jinxiu Liu, Si Gao, Jiabin Pu, Eduardo Eiji Maeda, Peng Zhu, Yuri Knyazikhin, and Ranga B. Myneni. 2024. “Revisiting the Consistency of MODIS LAI Products from a New Perspective of Spatiotemporal Variability.” International Journal of Digital Earth 17 (1). doi:10.1080/17538947.2024.2407045.

资助信息

National Natural Science Foundation of China (42192580 and 42271356) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities.  


供稿:彭   瑞

审核:闫   凯

点击左下角“阅读原文”直达原文网页



本课题组近期其他成果:


1. 研究成果|植被随机辐射传输模型的新进展:改进、评估与验证
2. 研究成果|MODIS&VIIRS叶面积指数产品质量稳定性评估
3. 研究成果|Topo-KD:全地形自适应的线性核驱动BRDF模型
4. 研究成果|MODIS LAI/FPAR产品文献计量可视化综述
5.研究成果|不同植被指数用于像元二分法反演植被覆盖度时的不确定性分析
6.研究成果|一种可有效提高数据平滑性的MODIS叶面积指数多天合成方案
7.研究成果| STICA:一种综合利用地理时空相关性提高MODIS叶面积指数产品质量的方法
8.研究成果| 基于动态加权最小二乘的异质性像元线性核驱动BRDF模型反演方案
9.研究成果|青藏高原草地生长季长度对极端气候事件的响应分析
10.研究成果| 结合三维模拟和卫星观测量化评估植被指数的饱和效应
11.研究成果| 面向植被动态监测的FY-3D地表反射率性能评估
12.研究成果| ESSD: 独立于传感器的高精度全球LAI/FPAR气候数据集发布!
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)
14.研究成果| RSE: 从机载激光雷达估测冠层光子再碰撞概率
15.研究成果| TGRS: 基于视觉大模型和轻量化先验的通用在轨地表异常检测方法
16.研究成果| IEEE TGRS: 探究MODIS全球叶面积指数产品的内部一致性
17.研究成果| Ecological Indicators:哪些植被指数能更好地反映叶绿素含量?
18.研究成果| 用MODIS FPAR产品做植被动态研究时是否需要区分算法做质量控制?



“致广大而尽精微”

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


VERSE植被与生态遥感
Vegetation-Ecology Remote SEnsing(VERSE)关注植被-生态遥感科研进展,分享定量遥感与生态、气候响应的研究成果,包括遥感模型构建、地表参数反演、遥感产品验证、植被与气候响应等主题内容。
 最新文章