站點尺度的青藏高原時序NDVI重構方法比較與應用

作者：劉建文,周玉科

摘要：基于衛星遙感的植被指數時序數據廣泛應用于植被覆蓋監測、生物量反演等多個研究領域,但由于傳感器本身、大氣條件、環境特征等因素引起的噪聲會影響數據的應用效果,因此開展植被指數時序數據重構研究具有實際意義。本文基于2000-2015年MODIS歸一化差異植被指數（NDVI）數據,采用三次樣條函數法、雙邏輯斯蒂函數法和奇異譜分析法3種常用方法,對青藏高原106個氣象站點所在的典型覆被NDVI時序數據進行重構,并以植被物候信息提取作為應用,比較分析了3種算法的保真性、細節擬合能力及物候特征提取效果。研究表明,D-L及Spline函數分別對受冰雪及云層影響較大（荒漠、灌木、林地）及較小的覆被類型（草原、農作物）表現出較好的細節擬合能力;SSA方法擬合能力較差,易出現NDVI重構曲線整體＂下移＂的現象,造成峰值擬合結果偏低,并且表現出NDVI絕對值越小擬合效果越差的現象。從保持原始數據真值的能力來看,受噪聲點影響較大的覆被類型（林地、灌木、草原）Spline函數略優于D-L函數法;而林地類型中SSA方法表現優于D-L函數法。從物候信息提取結果來看,D-L函數法所提取的生長季稍有提前,Spline函數及SSA方法分別表現出生長季開始點及結束點滯后的現象,灌木、林地類型表現出明顯的年際波動變化的特征,荒漠類型由于NDVI絕對值偏低,3種方法物候提取結果一致性表現出鋸齒狀不規則波動。此外,D-L方法生長季開始期（SOS）和生長季結束期（EOS）在各覆被區均小于其他方法,波動較大;SSA方法提取的EOS在大部分覆被地區大于其他方法;Spline提取結果的年際波動與SSA高度相似。該研究可為高原植被不同覆被類型下NDVI時序數據噪聲去除的方法選擇提供借鑒。

發文機構：福州大學空間信息工程研究中心 數據挖掘與信息共享教育部重點實驗室 中國科學院地理科學與資源研究所生態系統網絡觀測與模擬院重點實驗室

關鍵詞：時序數據重構植被物候雙邏輯斯蒂函數三次樣條函數奇異譜分析法time-series data reconstructionvegetation phenologydouble logistic fittingcubic splinesingular spectrum analysis

分類號： TP79[自動化與計算機技術—控制科學與工程][自動化與計算機技術—檢測技術與自動化裝置]