《《高分卫星遥感产品真实性检验 干旱 指数》》

T/CARSAXXXXX—202X

ICS37.040

V00/09

团体标准

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高分卫星遥感产品真实性检验干旱指数

Validationofthehigh-resolutionsatelliteremotesensingproducts-droughtindex

（征求意见稿）

（本稿完成时间：2022年9月20日）

XXXX-XX-XX发布中国遥感应用协会发布XXXX-XX-XX实施

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高分卫星遥感产品真实性检验干旱指数

1范围

本文件规定了高分卫星遥感干旱指数定义以及产品检验流程等，确立了对高分卫星干旱指数遥感产

品进行真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。

本文件适用于高分卫星干旱指数遥感产品的真实性检验与精度评价。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T36296-2018遥感产品真实性检验导则

GB/T39468-2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法

GB/T20481-2017气象干旱等级Gradesofmeteorologicaldrought

GB/T34306-2017干旱灾害等级Gradeofdroughtdisaster

QX/T142-2011北方草原干旱指标Northerngrasslanddroughtindex

GB/T32135区域旱情等级

GB/T32136农业干旱等级

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1干旱指数Droughtindex

干旱强度的数值表示。

注：可提供关于干旱强度、地点、特定时间和持续时间的定量评估。

3.2气象干旱指数Meteorologicaldroughtindex

根据气象干旱形成的原理，构建由降水量、蒸散量等要素组成的综合指标。

注：用于监测或评价某区域某时间段内由于天气气候异常引起的地表水分短缺的程度。

[来源：GB/T20481-2017，3.2]

3.3相对湿润度指数RelativeMoistureIndex,MI

表征某时段降水量与蒸散量之间平衡状况的指标。

注：反映作物生长季节大气中的水分平衡特征,适用于作物生长季节月以上尺度的干旱监测和评估。

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3.4干旱严重程度指数DroughtSeverityIndex,DSI

综合了归一化植被指数（NDVI）和蒸散量（ET）与潜在蒸散量（PET）的比值（ET/PET）来表示

干旱严重程度指数。

注：其中NDVI描述植被生长状况，ET/PET描述农作物受水分胁迫状况。

3.5温度植被干旱指数Temperaturevegetationdrynessindex，TVDI

一种基于光学与热红外遥感通道数据进行植被覆盖区域表层土壤水分反演的方法。

3.6高分卫星遥感干旱指数Droughtindexbasedonhighresolutionremotesensing

基于高分卫星遥感数据生产的干旱指数。

3.7遥感产品真实性检验Validationofremotesensingproducts

利用直接检验或间接检验的方法，对遥感反演产品的精度进行检验和评价。

4基本要求

高分卫星干旱指数遥感产品真实性检验应满足以下条件：

a)干旱指数检验的地面真值数据应与待检高分卫星干旱指数遥感产品相同或相近时刻（不超过3

天）且同地区；

b)检验真值的空间位置应与待检高分卫星干旱指数遥感产品相匹配，配准误差应不大于1个像

元；

c)检验对象应涵盖验证区中的主要地表类型，除水体、冰雪、城镇和建设用地外。

5高分卫星干旱指数遥感产品真实性检验方法

5.1检验方法选择

高分卫星干旱指数遥感产品的真实性检验方式分为直接检验法和间接检验法，根据可获取检验真值

的情况选择相应的检验方法：

a)直接检验是在检验场或者各站点等获取实测数据对高分卫星遥感反演的产品进行检验，在高分

卫星过境时使用地面仪器同步采集检验场的干旱指数，将高分卫星反演的产品与地面观测站的数据进行

比较，以检验高分卫星产品。在真实性检验过程中，应优采用直接检验法，选择干旱指数地面同步测量

数据作为参考对象；

b)间接检验是使用其他遥感器获得的数据与高分卫星干旱指数遥感产品进行比较，查看结果精度，

或者使用其他方法获得结果进行对比。当没有干旱指数地面同步测量数据时，但有已检且空间分辨率不

低于待检高分卫星遥感产品的其他干旱指数卫星遥感产品时，可采用间接检验法中的交叉检验法。

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5.2直接检验法

直接检验法是基于像元尺度或区域尺度的干旱指数相对真值来检验高分卫星干旱指数遥感产品。其

相对真值基于观测数据得到，可作为首选验证方法。直接检验法的操作流程见图1，具体如下：

图1高分卫星干旱指数遥感产品直接检验操作流程

5.2.1验证区选择

应选择高分卫星过境区域开展真实性检验，至少选择待检高分卫星干旱指数遥感产品3×3个像元

对应的地表区域作为验证区。验证区应与待检高分卫星干旱指数遥感产品保持空间尺度相匹配。

5.2.2样本选择

根据验证区干旱指数空间异质性分析结果，选择适用的空间抽样方法确定样本位置；验证区内每个

像元的样本量不低于3个，且每种主要地表类型至少有1个样本；选择的样本应根据地表类型所占面积比

例赋予一定的权重，以保证每个样本具有一定的空间代表性。

5.2.3干旱指数地面同步测量

按照样本位置，开展干旱指数的地面同步测量，优先采用自动监测仪器测量干旱指数。固定位置连

续测量可采用与待检干旱指数卫星遥感产品获取时间最近的观测值作为样本测量值。

干旱指数观测数据的获取可以通过以下三种方式获取。

观测观测方观测数据存储布设方案

仪器式频次完备性格式

固定点连续观测

涡动、四分量或红外温30分缺测率

自动EXCEL四分量或红外温度计测LST、涡动测

度计钟<5%

ET

固定点连续观测

四分量或红外温度计、30分缺测率

自动EXCEL四分量或红外温度计测LST、光谱仪

光谱仪钟<5%

测NDVI

30分缺测率固定点连续观测，用涡动测ET、雨量

涡动、雨量筒自动EXCEL

钟<5%筒测量降水

5.2.4地表干旱指数相对真值获取

根据待检高分卫星干旱指数遥感产品的空间分辨率、验证区地表干旱指数空间异质性以及样本的空

间代表性，进行样本测量值尺度转换，获取与待检高分卫星干旱指数遥感产品空间分辨率相一致的地表

干旱指数相对真值。

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5.2.5精度评价方法

精度评价使用误差矩阵（ErrorMatrix），在产品数据上抽样检验点的基础上，进行的点对点的比

较。真实性检验的结果表达形式分为数据和图形表达两种。数据表达：绝对误差和相对误差，RMSE（均

方根偏差），kappa系数等，数据表达结果定量化，可以定量化评价结果是否合格。图表表达：有散点

图，误差空间分布图，时序变化曲线，直方图等，图像表达可以形象的表达数据的真实性，尤其可以选

取异常点。

5.2.6不确定度分析

按照GB/T36296-2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468—2020中6.2规定的不确定性

评价方法对直接检验过程不确定度进行分析。常用的不确定度评价指标的计算方法见GB/T36296—2018

附录B。

5.2间接检验法

高分卫星干旱指数遥感产品的间接检验主要操作流程见图2。主要步骤如下：

图2高分卫星干旱指数遥感产品间接检验操作流程

a)参考对象选择：宜选择与待检高分卫星干旱指数遥感产品时间分辨率一致（不超过3天）的已

检卫星遥感干旱指数产品作为参考对象。

b)时间一致性检查：检查待检高分卫星干旱指数遥感产品与参考对象时间分辨率是否一致。若待

检高分卫星遥感产品与参考对象的时间分辨率不一致，可通过时间尺度平均法进行升尺度，获

取与待检产品时间分辨率相一致的卫星遥感产品作为参考对象。

c)空间配准：应采用遥感产品几何校正方法对待检高分卫星干旱指数遥感产品与参考对象进行几

何配准。

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d)空间一致性检查：检查待检高分卫星干旱指数遥感产品与参考对象是否空间一致。如果二者一

致，可直接采用参考对象作为相对真值；若二者空间分辨率不一致，宜采用双线性内插法进行

升尺度，将待检高分卫星干旱指数遥感产品与参考对象的空间分辨率保持一致，获取空间分辨

率相一致的参考对象作为真值。

e)样本选择：当待检高分卫星干旱指数遥感产品像元数较少时，可直接对所有像元进行比较验证；

当像元数较多时，宜采用满足统计意义的空间抽样方法进行样本选择，样本选取方法和样本量

确定参见GB/T36296—2018附录C。

f)准确度评价：按GB/T36296—2018中6.1规定的准确度评价指标定量表达待检高分卫星干旱

指数遥感产品的准确度。

g)不确定度分析：按GB/T36296-2018中6.2规定的不确定度评价指标以及GB/T39468—2020

中6.2规定的不确定性评价方法对交叉检验过程不确定度进行分析。

除了交叉验证法之外，在无像元或区域尺度相对真值时还可以采用多尺度逐级检验法和时空变化趋

势分析检验法。基于高分辨率遥感卫星数据的多尺度逐级检验法需要结合不同空间分辨率的卫星遥感信

息以及干旱指数观测数据等，并且涉及不同分辨率干旱指数遥感估算值的尺度效应等问题；时空变化趋

势分析检验法可适用于上述检验方法都无法实施的情况。该方法检验干旱指数遥感产品时空变化趋势与

干旱指数影响因子（如植被状况、气象条件、土壤水分等）的时空变化趋势是否一致，但无法定量给出

待检产品的准确度。

5检验报告

5.1封面

检验报告封面应包括以下信息：

a)检验报告编号；

b)检验报告名称；

c)检验负责人；

d)检验核对人；

e)检验签发人；

f)检验单位；

g)送检单位；

h)检验时间。

5.2正文信息

5.2.2待检高分卫星遥感干旱指数产品概述

对待检高分卫星干旱指数遥感产品进行描述，至少应包括：待检高分卫星干旱指数遥感产品的数据

源、时空覆盖范围、时空分辨率、投影方式、数据单位、数据格式，以及产品算法等内容。

5.2.3参考对象描述

对参考对象的数据集进行描述。对于直接检验，宜包括：参考对象的测量仪器、测量方法、测量时

间、测量位置（经纬度、海拔高度、地表类型等）、数据单位、数据格式、数据处理流程、尺度转换方

法以及数据质量等内容。对于间接检验，宜包括：参考对象的数据源、准确度的描述。

5.2.4检验方法及流程

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对采用的检验方法和检验过程进行描述，宜包括：

a)检验方法概述；

b)检验流程；

c)检验结果的评价指标；

d)检验过程的记录要求；

e)检验结果的存档。

5.2.5真实性检验结论

对真实性检验的评价结果进行描述，宜包括：

a)真实性检验结果总体评价：描述所检验高分卫星干旱指数遥感产品的总体精度；

b)分项指标评价：定量描述所检高分卫星干旱指数遥感产品在不同区域、不同土地覆盖类型的精

度，以及与参考对象空间分布和时间变化的一致程度，分析检验过程中的不确定性；

c)分析检验过程中的不确定度。

5.2.6附加信息

对高分卫星干旱指数遥感产品真实性检验过程中遇到的问题和其他相关信息进行说明和描述，在可

能的情况下给出待检干旱指数遥感产品应用中的注意事项及改进建议。

5.3检验报告信息简表

高分卫星干旱指数遥感产品的检验报告信息简表编制见GB/T36296‒2018附录D。

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附录A干旱指数等级划分

（资料性）

表1基于DSI（干旱严重程度指数）的干湿等级划分标准

类别Category干湿程度Intensity干旱严重程度指数DSI

W5非常湿润Extremelywet1.50≤DSI

W4很湿润Verywet1.20≤DSI＜1.50

W3中等湿润Moderatelywet0.90≤DSI＜1.20

W2轻微湿润Slightlywet0.60≤DSI<0.90

W1初期湿润Incipientwetspell0.30≤DSI<0.60

WD接近正常Nearnormal-0.30≤DSI<0.30

D1初期干旱Incipientdrought-0.60≤DSI＜-0.30

D2轻微干旱Milddrought-0.90≤DSI<-0.60

D3中等干旱Moderatedrought-1.20≤DSI<-0.90

D4严重干旱Severedrought-1.50≤DSI＜-1.20

D5极端干旱ExtremelydroughtDSI≤-1.50

表2气象干旱综合指数等级的划分表

等级类别MCI干旱影响程度

地表湿润，作物水分供应充足；地表水资源充足，能满足人们生产、生

1无旱-0.5<MCI

活需要

2轻旱-1.0<MCI≤-0.5地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足，作物轻微缺少，叶色不正；水

资源出现短缺，但对生产、生活影响不大

3中旱-1.5<MCI≤-1.0土壤表面干燥，土壤出现水分不足，作物叶片出现萎蔫现象；水资源短

缺，对生成、生活造成影响

重旱

4-2.0<MCI≤-1.5土壤水分持续严重不足，出现干土层（1cm~10cm），作物出现枯死现象；

河流出现断流，水资源严重不足，对生产、生活造成较严重影响

特旱

5MCI≤-2.0土壤水分持续严重不足，出现干土层（1cm~10cm），作物出现枯死现象；

多条河流出现断流，水资源严重不足，对生产、生活造成严重影响

表3高分卫星干旱指数遥感产品的四级验证框架

级别描述主要特点

只在少量地点(<30)和时间段，通过与实测和其他参考数据对比对产品少量地点(<30)和时

一级

精度进行过评价间段的验证

二级对产品精度在相当数量的地点和时间段进行了估算；对产品自身及与代表性站点和时间段

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其他类似产品的时空一致性也已在代表性地点和时间段进行了评价；的验证

结果发表在审稿期刊上

通过与实测和其他参考数据的对比，对产品的不确定性特征已经得到

不确定性很好地进行

很好的量化；产品不确定性已经在具有代表性的多个地点和时间段进

三级了量化和统计分析，

行过深入的统计分析；对产品自身及与其他类似产品的时空一致性也

时空一致性得到评价

已在代表性地点和时间段进行了评价；结果发表在审稿期刊上

在产品新版本发布以及时间序列延长后，三级验证结果能够系统地更

四级系统验证

新

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附录B高分卫星遥感干旱指数计算方法

1垂直干旱指数（PerpendicularsDroughtIndex，PDI）

图1PDI构建示意图

PDI构建示意图如图1所示，PDI描述了水分含量在NIR-Red光谱特征空间的分布规律，离土壤基线

法线越远表示越干旱，越近越湿润。高分卫星遥感PDI的计算公式为:

（1）

式中，M为土壤线的斜率；Rred为高分卫星遥感红光波段反射率；Rnir为高分卫星遥感近红外波段反

射率。

2修正型垂直干旱指数（ModifiedPerpendicularsDroughtIndex，MPDI）

MPDI是对PDI的修正，弱化了强散射对垂直干旱指数的影响，其计算公式为:

（2）

式中，M为土壤线的斜率；Rred为高分卫星遥感红光波段反射率；Rnir为高分卫星遥感近红外波段反

射率；Rred,v为植被在高分卫星遥感Red波段的反射率；Rnir,v为植被在高分卫星遥感Nir波段的反射率；fv

为植被覆盖度。

（3）

式中，NDVIv、NDVIs分别代表纯植被和裸土的归一化植被指数。

3温度植被干旱指数(temperaturevegetationdrynessindex，TVDI)

考虑表征植被生长状况的归一化植被指数（NDVI）和地表温度（LST）两个因素，构建NDVI-LST

的特征空间，在不同植被指数等级范围统计对应植被冠层温度或者土壤温度信息。某一区域、同一时期

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各栅格上的NDVI和LST分别作为x和y绘制在同一散点图时，能形成独特的三角形关系，并基于该关系

建立TVDI，其计算公式为:

（4）

式中，ITVD为温度植被干旱指数；a1、b1、a2和b2分别为干边和湿边回归方程的系数，干边和湿

边由某一时刻同一NDVI对应的地表温度最高值和地表温度最低值构成。TVDI取值范围为0~1，其值

越大，表明植被干旱状况越严重，反之则干旱状况越轻。NDVI由高分卫星遥感数据的红光波段和近

红外波段反射率数据计算而来，温度数据由气象站点数据库获取。

4气象干旱综合指数（MeteorologicalDroughtIndex,MCI）

气象干旱综合指数(MCI)，其计算公式：

（5）

式中，IMC为气象干旱综合指数；WSPI，60为近60天的标准化权重降水指数；IM，30为近30天的相对湿

润度指数；ISP，90和ISP，150分别为近90天和近150天的标准化降水指数；a、b、c和d4个权重系数分别取0.3、

0.5、0.3和0.2；Ka为季节调节系数，在4-10月分别选取0.6、1.0、1.2、1.2、1.0、0.9和0.4。

5降水量距平百分率（PrecipitationAnomalyinpercentage,PA）

降水量距平百分率(PA)是用于表征某时段降水量较常年值偏多或偏少的指标之一﹐能直观反映降

水异常引起的干旱,一般适用于半湿润、半干旱地区平均气温高于10℃的时间段干旱事件的监测和评估。

其计算公式：

（6）

式中，PA为某时段降水量距平百分率；P为某时段降水量；为计算时段同期气候平均降水量。

6相对湿润度指数(relativeMoistureIndex,MI)

相对湿润度指数(MI)，其计算公式：

（7）

式中，MI为某时段相对湿润度；P为某时段的降水量；PET为某时段的潜在蒸散