中国区GOSAT与OCO—2荧光产品的对比分析

张帝++宋雅宁++吴凤连

摘 要：本研究利用最大值合成法对2010年GOSAT荧光反演产品和2015年的OCO-2荧光产品做了时间序列上的对比。并与同时相的NDVI产品进行了对比和分析。研究结果表明：（1）中国区域2010年荧光值高、低地区和2015年中国荧光值高、低地区不尽相同；（2）2015年与2010年荧光结果差值结果显示了中国不同区域不同年份的荧光产品的变化规律和增减差异；（3）2009-2011年荧光值的峰、谷较NDVI的峰、谷提前出现显示植被荧光的变化可能比NDVI的变化更加快速和敏感。

关键词：荧光遥感；变化规律；GOSAT；OCO-2

一、数据来源

（一）GOSAT数据

GOSAT温室气体观测卫星于2009年1月23日成功发射，为太阳同步卫星。其传感器包括TANSO-FTS、TANSO-CAI等。本研究所用的GOSAT荧光产品均是由遥感科学国家重点实验室提供，并且是已经剔除了云影响数据之后的反演结果。

（二）OCO-2数据

新卫星OCO-2与日本GOSAT卫星相比，OCO-2最新的三种观测模式，使得其数据的质量和数量都优于GOSAT卫星数据。本研究所用的OCO-2荧光数据是在NASA官网的GES DISC上下载，利用IMAP-DOAS算法反演得到的L2级荧光产品数据。

（三）其他数据

同时相的NDVI数据是由NASA官网下载的MODIS NDVI天数据进行拼接、合成、二次计算得到的。

二、数据处理

GOSAT数据精度已经得到刘毅等人的验证[1]。反演结果与中纬度地面观测结果（TCCON）的对比分析表明：90%的反演误差小于4 ppm （1%）。

OCO-2数据首先需要进行荧光值的提取和数据格式的转换，通过Matlab进行荧光值和经纬度的批量提取。

NDVI则按照中值检测方法对每一个月的天数据进行极端值的监测和剔除，并对月NDVI数据的进行批量计算，最终得到NDVI数据。其中中值检测公式为：如有

三、结果与分析

（一）中国区域荧光分布规律

2010年和2015年中国区域荧光值较高的地区主要都分布在中国西南、东南以及黄河流域以下的部分地区。其中2010年荧光值较高的地区主要有河南的南部、湖南和广东、江西和福建交界地区、云南的东南部。2015年，中国荧光值较高的地区具体有：河南、安徽的南部、湖北、湖南、江西南部、广西和云南。

中国的南部的大部分区域2015年荧光值较高的区域较2010年有所增加。中国区域荧光值2015年较2010年显著增加的区域有：安徽南部、西藏东南部、江西和湖南交界地区。2015年中国区域荧光平均值较2010年增长了20.8个百分点。

（二）中国区域2010年和2015年月际荧光变化规律

如不考虑两年的荧光值的月际差异，仅对荧光值在月际上的变化规律来研究的话，按照裁剪并统计出的每月的中国区域平均荧光值的大小做出以下图像：

图1显示2010年和2015年两年荧光值在月际的变化趋势大同小异，均在前半年呈明显的上升趋势，在下半年呈现明显下降趋势，均表现为单峰型规律。但不同的是2010年峰值出现在6月份，而2015年的峰值出现在7月份。2010年谷值出现在11月，2015年谷值则是出现在12月。

四、结论分析

（一）2010年和2015年中国区域荧光值较高的地区主要都分布在中国西南、东南以及黄河流域以下的地区。其中2010和2015年中国荧光值较高的地区也不尽相同。

（二）2010年和2015年两年荧光值在月际的变化趋势大同小异，在前半年的时间里其荧光值呈明显的上升趋势，在下半年里荧光值呈现下降趋势；均表现为单峰型的月际变化规律。

（三）根据荧光数据和植被归一化指数数据峰、谷出现的时间不同可以得出植被的叶绿素荧光可能较植被指数更加敏感，能够较植被指数更加快速、有效的反映植被的变化状况。

五、 结语

植被激光诱导叶绿素荧光不仅可以应用在植被的分类上[2]，也可以应用在其生长过程、长势等方面的研究。笔者觉得植被叶绿素荧光的研究在未来有可能运用在根据卫星荧光反演产品的特定波段的光谱特征以及不同养分条件对植被叶绿素荧光的影响等因素，可以在植被的生长环境因素方面进行分析等方面。

参考文献：

[1] 王冉，刘志刚，杨沛琦.植物日光诱导叶绿素荧光遥感原理及研究进展[J].地球科学进展，2012，27（11）：1221-1228.

[2] 徐彬彬，李德成，石晓日，等.激光荧光遥感系统在地物识别上的应用研究[J].环境遥感，1992，9（9）：181-192.