吳小麗 ，劉桂民，李新星，紀(jì)庚好，李莉莎，毛 楠，徐海燕，吳曉東

(1蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，蘭州 730070；2中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站，蘭州 730000)

土壤水分作為全球水和能量循環(huán)的重要影響因子和過(guò)程參數(shù)，受降雨的滲透、徑流和蒸發(fā)的影響，可影響地表產(chǎn)匯流和能量通量的分配，從而改變地表反照率、潛熱通量和顯熱通量等[1-2]來(lái)顯著影響地表能量收支平衡。同時(shí)，土壤水分在溶質(zhì)運(yùn)移、能量傳遞過(guò)程中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)不同生態(tài)系統(tǒng)的演替[3-4]。

青藏高原平均海拔在 4 000 m 以上，是世界上最大、最高的高原，可以影響全球大氣環(huán)流。青藏高原也是中低緯度地帶最大的多年凍土區(qū)，對(duì)氣候變化高度敏感[5]。許多研究表明，青藏高原的大氣和水文環(huán)境通過(guò)與亞洲季風(fēng)以及全球大氣環(huán)流的互相作用，極大地影響了中國(guó)、亞洲甚至全球的氣候和環(huán)境[6-7]。青藏高原土壤含水量在高原的水循環(huán)和氣候中起著重要作用，會(huì)影響季風(fēng)系統(tǒng)和降水模式，因此高原地區(qū)土壤含水量的長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)變化引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。目前研究表明，青藏高原不同下墊面、不同深度的土壤水分變化特征不同，濕季土壤水分顯著地受到降水的影響，干季土壤水分主要受土壤溫度的影響[8]。1960—2016年期間高原整體呈濕潤(rùn)趨勢(shì)[9]。區(qū)域上而言，青藏高原土壤水分在空間上總體呈現(xiàn)出東多西少、自東向西逐漸遞減的分布[10]。這些結(jié)果反映了土壤水分的空間分布，但由于該地區(qū)環(huán)境惡劣，地面觀測(cè)稀缺，長(zhǎng)時(shí)間序列高精度的土壤水分資料獲取格外重要。

目前國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)土壤水分的方法主要有3種，包括站點(diǎn)原位觀測(cè)、遙感產(chǎn)品反演以及模型模擬，其中遙感方法可以獲得大尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的土壤水分資料，但也需要經(jīng)過(guò)站點(diǎn)原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度驗(yàn)證。利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，先前的報(bào)告評(píng)估了2002—2012年青藏高原上的7種遙感土壤水分產(chǎn)品和另一種再分析土壤水分產(chǎn)品的性能[11]。結(jié)果表明，源自AMSR-E(高級(jí)微波掃描輻射計(jì)-地球觀測(cè)系統(tǒng))的NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)產(chǎn)品明顯低估了青藏高原上的土壤水分，而未能顯示出土壤水分的季節(jié)性變化；SMOS(土壤水分和海洋鹽分)產(chǎn)品似乎受到射頻干擾(RFI)的影響，從而導(dǎo)致較大的偏差；ECV(基本氣候變量)CCI(氣候變化倡議)產(chǎn)品與地面測(cè)量值顯著相關(guān)，但它們也低估了土壤水分。對(duì)美國(guó)國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心發(fā)布的SMAP(土壤水分主被動(dòng)產(chǎn)品)在青藏高原北部不同土地覆蓋類(lèi)型進(jìn)行了評(píng)估[12]，結(jié)果表明SMAP-P(被動(dòng))產(chǎn)品在青藏高原北部適用性更好，特別是在貧瘠的土地上?；谖⒉⊕呙栎椛溆?jì)/地球觀測(cè)系統(tǒng)(AMSR-E / EOS)發(fā)布的3種土壤水分產(chǎn)品：JAXA(日本航空航天局)、NASA和VUA(阿姆斯特丹自由大學(xué))，在青藏高原進(jìn)行評(píng)估[13]，結(jié)果表明，JAXA產(chǎn)品在貧瘠土地上的土壤水分反演精度高于NASA和VUA產(chǎn)品，而從后兩種產(chǎn)品中獲得的土壤水分與青藏高原上原位測(cè)量的空間分布較為一致。除了這些產(chǎn)品外，中國(guó)對(duì)地靜止天氣衛(wèi)星(FY-3B)的數(shù)據(jù)還表明，青藏高原上的土壤水分從東向西減少，而當(dāng)降雨頻繁時(shí)，該產(chǎn)品高估了土壤水分[14]。

單傳感器觀測(cè)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)集的長(zhǎng)度有限，這會(huì)影響長(zhǎng)期趨勢(shì)的檢測(cè)，并且單傳感器輸入產(chǎn)品時(shí)間和空間的一致性不是很好。為了解決這些問(wèn)題，ESA(歐洲航天局)于2012年發(fā)布了第一個(gè)多年代、多傳感器組合、全球衛(wèi)星觀測(cè)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)集，作為其CCI計(jì)劃的一部分，產(chǎn)品名為ESA CCI SM，CCI產(chǎn)品較單傳感器產(chǎn)品能夠更好地保持與地面測(cè)量數(shù)據(jù)的高度相關(guān)[15-16]。ESA CCI SM的最新版本包括大量增強(qiáng)功能，包含各種新的衛(wèi)星傳感器，并將其時(shí)間覆蓋范圍擴(kuò)展到1978—2018年，合并后的產(chǎn)品通常優(yōu)于單傳感器輸入產(chǎn)品，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)土壤水分的長(zhǎng)期變化和短期動(dòng)態(tài)[17-18]。CCI產(chǎn)品已在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用于青藏高原的時(shí)空變化分析之前，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行不同氣候條件及土地覆蓋類(lèi)型下的精度驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本研究中用于評(píng)估 CCI 土壤水分產(chǎn)品的原位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心的“青藏高原土壤溫濕度觀測(cè)數(shù)據(jù)”，包含那曲、瑪曲和阿里網(wǎng)絡(luò)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)[19]。其中，那曲位于青藏高原腹地，屬于高原亞寒帶季風(fēng)半干旱氣候區(qū)，地表覆蓋以高寒草甸為主；瑪曲屬于高寒濕潤(rùn)型氣候，地表覆蓋主要是高寒草原；包含阿里和獅泉河地區(qū)的阿里觀測(cè)網(wǎng)位于青藏高原西北部，氣候干燥，降水稀少，地表多為裸地和稀疏草地(圖1A)。由于阿里地區(qū)數(shù)據(jù)不可用，本文僅使用獅泉河地區(qū)數(shù)據(jù)。對(duì)于那曲和獅泉河網(wǎng)絡(luò)，使用EM5b數(shù)據(jù)記錄儀和0.10 m長(zhǎng)的ECH2O(類(lèi)型：EC-10)阻抗探頭(Decagon Devices，現(xiàn)為METER Group，Inc.，Pullman，WA，USA)記錄土壤含水量。2006 年 7 月，在每個(gè)站點(diǎn)附近采集土壤樣品，以重量分析法確定土壤含水量，記錄儀每30 min記錄一次讀數(shù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。重量測(cè)定法和阻抗探針土壤水分之間建立了線性關(guān)系，得到均方根差(RMSD)為 0.029 m3/m3[20]。在瑪曲網(wǎng)絡(luò)中，使用帶有3個(gè)5.2 cm長(zhǎng)的扁平針的 EC-TM ECH2O電容探針來(lái)測(cè)量針周?chē)耐寥澜殡姵?shù)，以獲得體積土壤水分。收集土壤測(cè)定其容重、粒度分布和有機(jī)質(zhì)含量。監(jiān)測(cè)站大多設(shè)置在粉砂質(zhì)土壤中，這是該地區(qū)土壤性質(zhì)的代表[21]。各臺(tái)站土壤質(zhì)地在表層至40 cm以下均較為均勻，各臺(tái)站間有機(jī)質(zhì)含量差異較大。由于土壤的介電特性取決于土壤的質(zhì)地和鹽度，因此對(duì)瑪曲地區(qū)的土壤進(jìn)行了特定的校準(zhǔn)，該方法可將適用于所有細(xì)質(zhì)地礦質(zhì)土的通用校正方程(數(shù)據(jù)記錄器默認(rèn)值)給出的約3% 的不確定性降低到1% ~ 2%。該校準(zhǔn)將環(huán)測(cè)的體積土壤水分與探頭測(cè)得的體積土壤水分之間的 RMSD 從0.06 m3/m3降低到0.02 m3/m3，可以認(rèn)為是該網(wǎng)絡(luò)每個(gè)站點(diǎn)的絕對(duì)精度[22]。該數(shù)據(jù)集已廣泛應(yīng)用于量化粗分辨率衛(wèi)星和模型產(chǎn)品中的不確定性[23-25]。3個(gè)觀測(cè)網(wǎng)都提供了密集的土壤水分原位測(cè)量站點(diǎn)，其中那曲網(wǎng)絡(luò)5個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，瑪曲網(wǎng)絡(luò)20個(gè)站點(diǎn)，獅泉河網(wǎng)絡(luò)16個(gè)站點(diǎn)，各個(gè)站點(diǎn)包含了不同的地形和地表覆蓋條件(圖1B，表1)。各觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的植被類(lèi)型[26]和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)地理位置情況見(jiàn)圖1。

表 1 那曲、瑪曲和獅泉河網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)信息Table 1 Information of Naqu, Maqu and Shiquanhe networks stations

1.2 遙感產(chǎn)品

土壤水分遙感資料是來(lái)源于歐洲航天局水循環(huán)觀測(cè)戰(zhàn)略和氣候變化倡議項(xiàng)目框架內(nèi)開(kāi)發(fā)的多傳感器合并土壤水分產(chǎn)品，簡(jiǎn)稱(chēng)CCI產(chǎn)品，版本為最新的ESA CCI SM v04.5版本 (http://www.esa.int/)。CCI產(chǎn)品于2012年9月發(fā)布，包含3個(gè)表面土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)：“ACTIVE”(主動(dòng)產(chǎn)品，由散射儀組成)、“PASSIVE”(被動(dòng)產(chǎn)品，由輻射計(jì)組成)和 “COMBINED產(chǎn)品”(基于主動(dòng)和被動(dòng)產(chǎn)品的組合產(chǎn)品)。 數(shù)據(jù)文件以NetCDF-4經(jīng)典格式提供，該數(shù)據(jù)集涵蓋了1978年11月至2018年12月期間40 a的數(shù)據(jù)集，具有全球覆蓋度和0.25° 的空間分辨率，以及 1 d的時(shí)間分辨率，參考時(shí)間為0:00 UTC。主動(dòng)產(chǎn)品的單位以飽和度百分比(%)來(lái)提供，被動(dòng)和主被動(dòng)組合產(chǎn)品的單位以體積含水量(m3/m3)提供。

1.3 數(shù)據(jù)處理

地面觀測(cè)采用網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)平均的方式來(lái)減小尺度效應(yīng)帶來(lái)的誤差，觀測(cè)網(wǎng)在布點(diǎn)時(shí)盡量使各實(shí)測(cè)點(diǎn)分布于不同的地表和地貌類(lèi)型中，使其更具代表性。使用觀測(cè)網(wǎng)均值評(píng)價(jià)遙感數(shù)據(jù)能夠很好地減小遙感混合像元帶來(lái)的誤差。觀測(cè)數(shù)據(jù)中有些值缺失或錯(cuò)誤，因此有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，我們排除了0或大于1(m3/m3)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)運(yùn)用ArcGIS、ENVI軟件提取，其中CCI主動(dòng)產(chǎn)品的單位(飽和度 %)用CCI輔助數(shù)據(jù)土壤孔隙度轉(zhuǎn)換為體積含水量(體積含水量=土壤飽和度×土壤孔隙度)。評(píng)估中使用統(tǒng)計(jì)變量相關(guān)系數(shù)(r)、均方根誤差(RMSE)和平均偏差(Bias)來(lái)表征CCI估算土壤水分與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系。由于實(shí)測(cè)站點(diǎn)均處于高海拔地區(qū)，微波傳感器監(jiān)測(cè)不到固態(tài)土壤水分情況且只提供表層土壤水含量，為避免土壤水凍結(jié)對(duì)分析結(jié)果的影響并考慮遙感數(shù)據(jù)的缺失，本研究選擇青藏高原所有觀測(cè)網(wǎng)6—9 月期間深度為5 cm的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

2 結(jié)果

2.1 土壤水分的時(shí)間序列

由 2014、2015 年生長(zhǎng)季 6—9 月CCI土壤水分產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間序列可以看出(圖2)，3種產(chǎn)品都能反映3個(gè)網(wǎng)絡(luò)土壤水分的時(shí)間變化規(guī)律。主動(dòng)產(chǎn)品在瑪曲地區(qū)與地面觀測(cè)數(shù)據(jù)具有很好的一致性，在那曲地區(qū)變化幅度較大，在獅泉河地區(qū)一致性較差；被動(dòng)產(chǎn)品在瑪曲和獅泉河地區(qū)較好地捕捉了土壤水分的變化，但在那曲地區(qū)同樣顯示過(guò)高的變化范圍；主被動(dòng)組合產(chǎn)品可以很好地捕捉到那曲地區(qū)的土壤水分變化動(dòng)態(tài)，也能很好地表現(xiàn)瑪曲地區(qū)和獅泉河地區(qū)的變化趨勢(shì)，但是在瑪曲地區(qū)有明顯的低估現(xiàn)象，獅泉河地區(qū)有明顯的高估，結(jié)果從CCI產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖中也可以看出(圖3)。由 CCI 土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性和誤差分析(表2)可知3個(gè)產(chǎn)品都能較好地反映3個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間變化趨勢(shì)，產(chǎn)品與觀測(cè)資料的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)了 0.05 的顯著性檢驗(yàn)。主動(dòng)產(chǎn)品在瑪曲地區(qū)誤差最小，但由于其對(duì)那曲和獅泉河地區(qū)虛假的高估不能很好地代表青藏高原土壤水分變化；被動(dòng)產(chǎn)品在瑪曲和獅泉河地區(qū)的誤差較小，但相關(guān)性略低于主被動(dòng)組合產(chǎn)品；而主被動(dòng)組合產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性系數(shù)都是最高的(那曲地區(qū) 0.870，瑪曲地區(qū) 0.742，獅泉河地區(qū) 0.774)，在那曲地區(qū)的誤差最小，在瑪曲和獅泉河的系統(tǒng)性誤差可由一元線性回歸方法校正，總體來(lái)看在3個(gè)網(wǎng)絡(luò)上表現(xiàn)出最佳性能。

表2 CCI產(chǎn)品的土壤水分與原位觀測(cè)值之間的相關(guān)性Table 2 Correlation between soil moisture from CCI products and in-situ observations

2.2 土壤水分的空間分布

為研究 CCI 3種土壤水分產(chǎn)品的時(shí)空分布特征，本文基于 3 種土壤水分產(chǎn)品制作了2014 年生長(zhǎng)季 6—9 月青藏高原土壤水分空間分布圖(圖4)。從圖中可以看出，3種土壤水分產(chǎn)品的空間分布基本都符合青藏高原土壤水分東南向西北遞減的基本分布特征。主動(dòng)產(chǎn)品空間分布與實(shí)際情況相差較大，顯示過(guò)高估計(jì)青藏高原土壤水分值。另外被動(dòng)產(chǎn)品土壤水分變化范圍與其他兩種產(chǎn)品有著很大不同，顯示介于 0 ~ 0.98 m3/m3，大于實(shí)際土壤水分的變化范圍。3種產(chǎn)品中，主被動(dòng)組合產(chǎn)品土壤水分的空間分布與高原實(shí)際情況最為接近，估算值介于 0 ~ 0.65 m3/m3。從時(shí)間上來(lái)看，主動(dòng)和主被動(dòng)組合產(chǎn)品都顯示青藏高原西部 7、8 月份的土壤含水量高于 6、9 月，這是由于高原地區(qū)降水主要集中在 7、8 月，其中主被動(dòng)組合產(chǎn)品所顯示的變化范圍更符合實(shí)際情況?？傮w而言，CCI 3種產(chǎn)品都符合青藏高原從東南向西北遞減的土壤水分變化趨勢(shì)，其中主被動(dòng)組合產(chǎn)品在土壤水分空間變化范圍及時(shí)間變化規(guī)律上更符合高原實(shí)際情況，但其變化范圍的準(zhǔn)確性仍需檢驗(yàn)。

3 討論

本研究基于青藏高原土壤溫濕度觀測(cè)網(wǎng)(Tibet-Obs)的那曲、瑪曲和獅泉河地區(qū)的土壤水分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)歐洲空間局發(fā)布的CCI產(chǎn)品在2014、2015年生長(zhǎng)季的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)其在青藏高原不同地區(qū)的適用性。

從2014、2015年時(shí)間序列的評(píng)估結(jié)果來(lái)看，CCI 3種土壤水分產(chǎn)品都能反映青藏高原3個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間變化規(guī)律，其中主動(dòng)產(chǎn)品對(duì)土壤水分較敏感，變化過(guò)于劇烈，因?yàn)樗跁r(shí)間序列數(shù)據(jù)的最大值和最小值之間進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化[27]，而被動(dòng)和主被動(dòng)組合產(chǎn)品可以很好地捕捉土壤水分動(dòng)態(tài)變化，其中主被動(dòng)組合產(chǎn)品具有更高的相關(guān)性及較低的誤差，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。這一發(fā)現(xiàn)與之前在西班牙[27]、東非[28]、華北[29]和中國(guó)西南[30]等地區(qū)的研究一致。CCI土壤水分產(chǎn)品在那曲地區(qū)的精度明顯高于瑪曲和獅泉河地區(qū)，那曲地區(qū)的土地覆蓋類(lèi)型主要是高寒草甸，低地上生物量對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的反演影響較小[31]。在瑪曲地區(qū)，亞濕潤(rùn)的氣候有利于植被生長(zhǎng)，相對(duì)較高的地上生物量(高寒草原)對(duì)微波信號(hào)影響很大[12,32]。因此，盡管主被動(dòng)組合產(chǎn)品顯示出較高的相關(guān)系數(shù)，但它低估了瑪曲地區(qū)的土壤水分，這與之前的研究結(jié)果一致[33]，該地區(qū)被動(dòng)產(chǎn)品比較接近實(shí)測(cè)土壤水分，但相關(guān)性較主被動(dòng)組合產(chǎn)品略低，這與Zeng等[11]的研究結(jié)果一致。在以干旱氣候?yàn)樘卣鞯莫{泉河地區(qū)，土地覆蓋類(lèi)型主要為裸地和荒漠草原，被動(dòng)產(chǎn)品的土壤水分更接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而主動(dòng)產(chǎn)品高估了土壤水分且波動(dòng)很大，主被動(dòng)組合產(chǎn)品顯示高估了該地區(qū)土壤水含量，但是具有最高的相關(guān)性。在干旱地區(qū)，表層土壤干燥，微波信號(hào)可以穿透更深的土壤，感知土壤體積散射[11,34]，從而導(dǎo)致土壤水分的高估。顯然，CCI產(chǎn)品由于大量數(shù)據(jù)缺失無(wú)法顯示獅泉河地區(qū)的土壤水分時(shí)間變化。有研究表明，CCI產(chǎn)品很難顯示出極端潮濕或干燥地區(qū)土壤的瞬時(shí)水分變化[18]，主要原因是這些區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通常具有低信噪比的特征[35-36]。另外，極端的氣候條件(干燥和寒冷，終年積雪)也是造成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收信號(hào)低的原因[37-39]，因此獅泉河地區(qū)沒(méi)有足夠的CCI數(shù)據(jù)來(lái)反演土壤水分時(shí)間變化動(dòng)態(tài)。

在空間分布上，CCI 3種產(chǎn)品在青藏高原地區(qū)的空間分布都符合土壤水分東南高西北低的基本分布特征[10]。其中主動(dòng)產(chǎn)品顯示過(guò)高估計(jì)土壤水分，被動(dòng)產(chǎn)品在青藏高原的土壤水分變化范圍過(guò)大，均不符合實(shí)際情況，而主被動(dòng)組合產(chǎn)品反演的土壤水分分布較接近高原實(shí)際情況。7、8月份青藏高原西部干旱地區(qū)土壤水分與其他月份相比較為濕潤(rùn)，這可能是因?yàn)樵摰貐^(qū)7、8月份降水較集中[40]。東南部土壤水分值較高，是因?yàn)榻邓?，植被覆蓋較多，所以有較強(qiáng)的固水能力[41]。

我們所評(píng)估的時(shí)空變化結(jié)果顯示，與主動(dòng)或被動(dòng)產(chǎn)品相比，CCI主被動(dòng)組合產(chǎn)品具有更高的相關(guān)系數(shù)和較低的誤差[27,42]。有研究通過(guò)評(píng)估主被動(dòng)組合產(chǎn)品在不同氣候、地形、土地覆蓋和土壤類(lèi)型的時(shí)空變化，發(fā)現(xiàn)CCI-C產(chǎn)品與愛(ài)爾蘭和西班牙網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)地觀測(cè)非常吻合，而在芬蘭地區(qū)獲得的結(jié)果較差[43]，而芬蘭CCI-C產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性較低的主要原因是寒冷的冬季長(zhǎng)，以及與凍融循環(huán)有關(guān)的強(qiáng)后向散射[15]。我們的發(fā)現(xiàn)與這些研究是一致的，即CCI主被動(dòng)組合產(chǎn)品比主動(dòng)或被動(dòng)產(chǎn)品更準(zhǔn)確地反演青藏高原土壤水分，尤其在半干旱地區(qū)表現(xiàn)最好，但很難捕獲干旱地區(qū)土壤水分的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化[18]。大量研究表明，主動(dòng)和被動(dòng)微波傳感器在不同的土地覆蓋類(lèi)型和下墊面條件上具有互補(bǔ)性，一般輻射計(jì)在干燥地區(qū)的性能更好，散射儀在植被比較密集的區(qū)域表現(xiàn)更好，而在半干旱地區(qū)表現(xiàn)二者都有較好的性能[44-46]。主被動(dòng)組合產(chǎn)品有效地融合了主動(dòng)和被動(dòng)產(chǎn)品的協(xié)同作用，引入SNR(信噪比)合并算法[47]，減少了主動(dòng)和被動(dòng)產(chǎn)品尺度不一致引起的誤差[48]。

綜上所述，3種產(chǎn)品中CCI主被動(dòng)組合產(chǎn)品在青藏高原地區(qū)的表現(xiàn)最佳，在半干旱氣候區(qū)那曲地區(qū)精度最高，雖然在高密度植被的瑪曲和干旱荒漠的獅泉河地區(qū)相關(guān)性也很高，但有不同程度的誤差，被動(dòng)產(chǎn)品的表現(xiàn)僅次于主被動(dòng)組合產(chǎn)品。雖然組合產(chǎn)品在青藏高原地區(qū)顯示出與地面測(cè)量結(jié)果的最佳關(guān)聯(lián)，并且非常好地捕捉了原地土壤水分的變化，但它低估了青藏高原的土壤水分絕對(duì)值，這與Zeng等[11]的研究結(jié)果一致。這些結(jié)果表明，主被動(dòng)產(chǎn)品對(duì)青藏高原的土壤水分有著較好的反映，但仍存在一些誤差，如何對(duì)遙感土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而提高其精度，還需要繼續(xù)進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)論

基于青藏高原地區(qū)土壤水分的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，我們?cè)u(píng)估了 CCI 3種產(chǎn)品在該地區(qū)獲取土壤水分的適用性。結(jié)果表明，在時(shí)間序列或空間分布上，CCI 主被動(dòng)組合產(chǎn)品的性能均優(yōu)于主動(dòng)和被動(dòng)產(chǎn)品，且在以高寒草甸為主的半干旱地區(qū)具有更高的精度，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)大于 0.8，均方根誤差小于 0.06，在高密度植被地區(qū)有低估現(xiàn)象，干旱裸露植被區(qū)有高估現(xiàn)象。此外，高原西北部的產(chǎn)品缺失在今后的研究中還需改善。我們的研究表明，CCI 主被動(dòng)組合產(chǎn)品可以很好地應(yīng)用于青藏高原土壤水分反演，在具體的應(yīng)用中，還需要考慮進(jìn)一步校正，以提高CCI主被動(dòng)產(chǎn)品反演土壤水分的精度。