2025空间智能软件技术大会：多星协同定量遥感反演研究进展与展望

P1多星协同定量遥感反演研究进展与展望柳钦火中国科学院空天信息创新研究院研究员遥感卫星应用国家工程研究中心副主任一、

引言二、

植被参量产品定量遥感产品生成技术三、

辐射收支定量遥感产品生成技术四、

定量遥感产品云服务平台与展望多星协同定量遥感反演研究进展与展望P2u风云3号2008年发射为标志指标与国际MODIS相当

，但是风云卫星SCI论文数量不到MODIS的2%；

我国发布了时间序列最长的GLASS产品：

以美国的AVHRR和MODIS为数据源；u环境1号2008年发射

，加上高分卫星

，具备全国30米2天重访观测能力

，我国的多套全球30米土地覆盖产品、

仍以

Landsat/TM、

Sentinel为主要数据源。卫星遥感是世界科技强国战略必争的技术高地

全球气候观测系统GCOS定义了142种大气海洋和地表关键参数其中81种都可以通过遥感数据获得；

全球可持续发展目标提出48项定量遥感监测需求(SDG2030议程)；国家民用空间基础设施中长期发展规划中21家部委提出了144项定量遥感业务需求状态与质量？是什么？在哪里？

位置与高程

地表覆盖与变化地表物理属性P31）卫星定姿精度低，几何畸变大2）缺少星上定标系统，辐射定标频次低3）缺少关键通道，传统云大气校正算法不适用

1:

国产卫星数据质量导致“不好用”月度HJ-1/CCD全国拼图不同传感器辐射差异大,有明显拼接线全国拼图接缝明显图像畸变方向矢量图宽幅盖大倾角,图像几何畸变大P4卷云高层云积云气溶胶云的结构和云相态云动态变化忽略云结构和变化导致下行辐射估算误差达15W/m2

(Rutan

et

al,2015；

Matus

et

al,2017)l不同方向反射率差异达到30

-

50％

，造成地表上行短波辐射误差达11W/m2(Wen,Liu

QH

etal.,TGRS)l不同方向亮度温度差能达到3

-

5K

，造成的复杂地表上行长波辐射误差高达30W/m2

(Hu,LiuQH

et

al.,

TGRS)复杂地形+复杂植被三维结构背向太阳看（后向）

面向太阳看（前向）2:单一卫星难以捕捉地表反射/辐射的方向特性

3:

单一卫星观难以捕捉云结构及变化热点暗点观测角度后向地表反射率前向P5关键技术（1）

国产卫星遥感高精度处理（2）多星协同定量遥感反演技术与真实性检验（3）定量遥感产品应用与云服务科学问题(2)多尺度、多时相

、

多角度

、

多谱段

、

多模式协同反演机制？(1)复杂地表-大气-云耦合的遥感辐射传输机理?P6一、

引言二、

植被参量产品定量遥感产品生成技术三、

辐射收支定量遥感产品生成技术四、

定量遥感产品云服务平台与展望多星协同定量遥感反演研究进展与展望P7二、植被参量产品定量遥感产品生成技术构建遥感共性产品反演技术体系

，将传统的先验知识、

多源协同反演方法和人工智能技术结合

，突破国产卫星高精度数据处理和定量反演等关键技术瓶颈。GF产品层级关系图P8

先验知识增加多角度协同反演信息量针对多角度反演信息不足的问题

，构建不同尺度地表BRDF先验知识

，促进了地表反照率、

植被指数、

叶面积指数、

植被覆盖度等算法发展。二、植被参量产品定量遥感产品生成技术Wu,Wenetal.,RSE,2019；You,Wen,etal,IEEE

TGRS,

2021；Wen

et

al.,

IEEE

GRSL,

2023游冬琴、闻建光等

，遥感学报

，2023P9二、植被参量产品定量遥感产品生成技术

机理模型动态参数化保障反演精度利用卫星遥感产品作为先验知识

，动态参数化关键模型变量

，

显著提升叶面积指数等反演精度和反演效率。改善现有模型中

“高LAI反射率低且有异常”的问题

，反演率由原来27%提高到72%XuB,LiJ*etal.,RSE,2018,

2020;

张虎等,

遥感学报,

2023基于3D辐射传输模型,

构建适用GF-1LAI算法l

构建考虑叶片光学特性动态变化的算法；l

计算不同植被类型单次散射反照率优选GF-1

SSA先验知识，使反演和参考LAI最接近P10

多分辨率协同提高反演精度结合高分辨率数据提供的低分辨率像元内的植被组分信息

，根据BRDF特征的一致性原则进行多源数据最优质量选择

，全球公里级分辨率植被参数产品时间分辨率由16天提高到5天。二、植被参量产品定量遥感产品生成技术Zengy,LiJ*etal.,TGRS,2016；Zhao,LiJ*

et

al.,JAG,

2020；赵静,李静等,

遥感学报,

2023植被指数产品5天时间分辨率能够捕捉快速生长变化30m分类图1KM遥感图像P1116天5天

制备并发布了时空分辨率最高的全国共性产品16米分辨率土地覆盖、

反射率、

反照率、

光合有效辐射、

下行短波辐射、

植被指数、

叶面积指数、

植被覆盖度、蒸散发、

干旱指数、

光合有效辐射吸收比例等。二、植被参量产品定量遥感产品生成技术反照率干旱指数蒸散发数据共享平台：

中国科学数据银行(https://www.scidb.cn/)、国家对地观测科学数据中心(https://noda.ac.cn/)土地覆盖PARFVCLAIFPARNDVI反射率P121二、植被参量产品定量遥感产品生成技术田块级高分共性产品

，对于田块精细化农田管理具有重要的作用支持生成田块级蒸散发产品（黑河）新疆田块级植被指数产品P13一、

引言二、

植被参量产品定量遥感产品生成技术三、

辐射收支定量遥感产品生成技术四、

定量遥感产品云服务平台与展望多星协同定量遥感反演研究进展与展望P14主动遥感被动遥感被动遥感DLR虚拟星座多角度信息协同三、

辐射收支定量遥感产品生成技术通过极轨卫星与静止卫星组网构成虚拟星座

，提出了基于虚拟星座多角度信息协同的地表反照率Albedo、地表上行长波辐射SULR、下行短波辐射DSR估算方法，

以及虚拟星座主被动信息协同的下行长波辐射DLR估算方法。EOS

Aqua

EOSTerra

FY-3虚拟星座主被动信息协同FY-4

Himawari-8被动遥感P15P16刻画像元内散射特征的地形因子刻画山区地表反照率日变化非对称性Σk1

θ

cosi

[1+

B

.[g

(i

)

—

g

(θ

)]+

B

.[g

(i

)

—

g

(θ

)]]

/

cosS

Ncosθskocalsk2ocalsk1skskDH2DH2DH1DH1

虚拟星座多角度信息协同的地表反照率反演方法构建了考虑地形效应及日变化不对称性因子的地表反照率反演算法

，协同利用极轨卫星和静止卫星虚拟星座组网数据

，将地表反照率遥感反演能力从逐日提升到逐小时（HanY.,LiuQHet

al.

JGR,

2024）QOMS站J

站三、

辐射收支定量遥感产品生成技术新算法可捕捉逐小时变化过程Tbs(θs

,

φs

,

DEM)

=

不对称性因子三、

辐射收支定量遥感产品生成技术

多星协同提高产品时空分辨率静止与极轨卫星数据结合的大气、

云参数反演方法

，

实现了全球时空连续的下行短波辐射及光合有效辐射估算，i将时空分辨率提升为1h/1kmLietal.,RSE,2016;

Zhang

et

al.,

RSE,

202160°N60°S每5min

观测值与卫星估算值对比GOES-17GOES-16MTG

FY2E

Himawari-8瞬时(晴空)瞬时(云天)P17日均值本项目估算的上行长波辐射明显消除角度相关性(a)

SULRdir-SULRinsitu

(b)

SULRhem-SULRinsitu逐小时验证表明RMSE降低22.1%

，

MBE降低62.7%

虚拟星座多角度信息协同的上行长波辐射反演方法构建了热红外核驱动模型系数与观测时间的日内约束关系

，协同利用极轨卫星和静止卫星虚拟星座组网数据标定了模型系数

，首次实现了半球积分地表上行长波辐射的遥感估算（QinB.,LiuQH

et

al.,

2023,

RSE）热红外核驱动模型的日内约束关系与系数标定虚拟星座卫星组网（

>7次晴空观测）可构建超定方程考虑日内约束后仅有7个未知系数三、

辐射收支定量遥感产品生成技术信息协同Unit:W/m2P18同行评价考虑大气与地形对太阳直散射的再分配效应

，协同利用极轨卫星对地表特性的高空间分辨率观测和静止卫星对大气参数的高时间分辨率观测

，实现了下行短波辐射的逐小时高精度反演（ZhangHL,Liu

QH

et

al.,2021,

RSE）三、

辐射收支定量遥感产品生成技术IEEE

TGRS副主编梁顺林教授评论该研究为高分辨率高精度遥感辐射反演提供了新思路。大气/地形对太阳直散射的再分配年直射/散射辐射量高时间分辨率大气参数高空间分辨率地表特性散射辐射高斯函数直射辐射地形遮蔽P19云天DLR精度提高2.1W/m2厚云提升8.4W/m2全天候精度23.7W/m2构建区域云垂直结构(CVS)气候统计模型不同天气条件的DLR模型光学遥感获取晴天不同层大气和薄云特性

Fup-cloud

Fatmos主要来源近地层大气晴天和薄云：基于亮温、薄云参数的模型厚云模型：云底高度是关键因子Fovercast

=

εsub

,atmos

σ

Ta4

+

(1

-

εsub

,atmos

)

σ

Tc

εsub

,atmos

,

Tcb

=f

(CBH,

profile)P20b4三、

辐射收支定量遥感产品生成技术

虚拟星座主被动信息协同的下行长波辐射反演方法创建了基于区域云垂直结构气候统计的云底高度空间外推模型

，

构建了主被动数据协同的下行长波辐射估算方法

，厚云条件下的估算精度提升8.4W/m2③厚云主被动数据协同方法主动云底高度

光学云参数（Yu

,

et

al.,2022,AR

，2025

，JAG）主被动协同获取云底参数估算云底高度②薄云①晴天光学方法主被动

青藏高原及西南地区2015-2024年、

1h、

1km产品集将本项目研发的极轨-静止、主动-被动协同辐射收支反演算法

，集成于自研的MuSyQ系统

，生产了青藏高原及西南地区2015-2024年、

1h、

1km辐射收支产品集。三、

辐射收支定量遥感产品生成技术虚拟卫星组网MODIS-Terra/Auqa数据极轨卫星

静止卫星

主动遥感卫星多源协同定量遥感产品生产系统(MuSyQ)静止/极轨卫星组网的地表上行长波辐射系统反演算法耦合云与地形效应的下行短波辐射卫星组网估算散发青藏高原及西南地区辐射收支产品生产算法耦合地形的反照率多源遥感协同反演算法主被动融合的全天候下行长波辐射估算算法cloudsat-

CPR数据calipso-CALIOP数据FY4A-AGRI数据Himawari8-AHI数据输入集成FY2E-VISSR数据P21地表反照率产品地表上行长波辐射产品下行短波辐射产品

青藏高原及西南地区2015-2024年、

1h、

1km产品集辐射收支产品集包括

：下行短波辐射、地表反照率、下行长波辐射以及地表上行长波辐射产品

，产品实现了逐小时、

1km高时空分辨率。P22

下行长波辐射产品三、

辐射收支定量遥感产品生成技术l更高的时空分辨率l更优的精度

青藏高原及西南地区2015-2024年、

1h、

1km产品集青藏高原及西南地区2015-2024年1公里分辨率逐小时辐射收支产品较同类产品时空分辨率从日提高至逐小时、

从5km提高至1km

，产品精度显著提高。三、

辐射收支定量遥感产品生成技术本项目下行短波辐射产品MOD

IS下行短波辐射产品P23一、

引言二、

植被参量产品定量遥感产品生成技术三、

辐射收支定量遥感产品生成技术四、

定量遥感产品云服务平台与展望多星协同定量遥感反演研究进展与展望P24四、

定量遥感产品云服务平台与展望能力、产品、服务流量、用户、订单共性产品及场景应用服务

大D中/小DAPP开发星图云关键技术能力与成果开发云计算云数据云测试云P25图应急示范系统应利四、

定量遥感产品云服务平台与展望联合共建助力空天信息产业升级实现遥感能力标准化供给

，升级空天信息产业商业模式

，打通空天信息产业化上下游

，构建空天信息产业生态共性产品服务

应用场景P26序号产品类型产品名称空间分辨率