设计评价SMAP和SMOS地表土壤湿度产品的性能表现开题报告

1. 研究目的与意义

土壤湿度，即土壤含水率，常用来表示土壤的干湿程度，是表示土壤含水量的一种相对变量，地表土壤湿度作为基本的气候变量参与并影响着水文、天气和气候变化的众多过程，利用遥感技术可以实现实时、大范围的土壤湿度区域监测，及时准确地获取地表土壤湿度信息可以应用于极端天气，如干旱、洪水事件的监测。土壤湿度不仅影响着气候和植被的时空动态变化，也影响着农作物的生长状况，这给区域农业经济的可持续发展提供了重要的数据支持，并起着至关重要的指导作用。天基微波遥感技术被广泛应用于地表土壤湿度遥感，其中欧空局2009年发射的土壤水分和海洋盐度（soil moisture and ocean salinity，smos）卫星和nasa于2015年发射的土壤水分主被动探测计划（soil moisture active passive，smap）卫星是近年来最成功的两个地表土壤湿度探测项目，其发布的土壤湿度产品在其建立的核心验证站上的评价表明已经达到项目的要求。两者均使用微波辐射来探测土壤湿度，并提供高分辨率和全球覆盖的土壤湿度产品。其中smap提供的土壤湿度产品具有较高的空间和时间分辨率，覆盖全球土地表面，可以用于气候变化研究、灾害预警和农业管理等领域。smos提供的土壤湿度产品则具有相对较长的时间序列，可用于长期监测全球土壤湿度变化趋势，以及对气候和水循环的影响进行研究。两个任务提供的土壤湿度产品均对全球土壤湿度状况的监测和理解提供了重要数据支持。但两者在中国区的对比表现，还需要进一步验证以了解其产品的误差结构与特性，从而更好地为农业、气象、水文等领域的应用提供参考。同时python语言灵活易用，本设计借助于python语言和相关的地理空间数据处理库，设计实现数据的收集、预处理评价、分析和可视化呈现，以建立起一套完成的评价体系。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

本课题通过设计评价方法和策略对smap和smos地表土壤湿度产品在中国的性能表现进行验证和评价，通过python语言及其相关的地理空间处理库，对两种产品在中国区的表现进行全面的评价，全面分析两组遥感地表土壤湿度在不同气候类型、土壤湿度区间、高程、地表覆盖类型和气候条件下的表现，对比两者在不同地理条件下的精度特征，指导后续的水文和气候研究应用。最后对两组产品的给出客观的分析，设计评价指标的合理呈现方式（图标呈现）

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

利用python语言和地理空间数据处理相关的库完成smap和smos土壤湿度数据及其验证数据集的搜集、预处理、评价分析和可视化呈现，利用相对和绝对的评价指标给出两组产品在中国区量化的评价指标，设计中将使用对比分析、相关性分析和三种并置分析等方法。

4. 参考文献

[1] 基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估[j]. 范科科;张强;史培军;孙鹏;余慧倩.地理学报,2018(09)

[2] 基于triple collocation方法的土壤湿度误差分析[j]. 吴凯;舒红;聂磊;焦振航.国土资源遥感,2018(03)

[3] 欧空局主、被动微波土壤湿度产品的比较验证[j]. 申晓骥;安如.遥感信息,2017(02)

5. 计划与进度安排

第一阶段：文献综述和数据采集

起始日期：2024年3月10日 截止日期：2024年3月31日

工作内容：