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基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准

黄对 王文种 刘九夫 张建云 崔巍 韦丽 闵敏

黄对,王文种,刘九夫,等. 基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准[J]. 水利水运工程学报,2022(4):1-10. doi:  10.12170/20210616005
引用本文: 黄对,王文种,刘九夫,等. 基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准[J]. 水利水运工程学报,2022(4):1-10. doi:  10.12170/20210616005
(HUANG Dui, WANG Wenzhong, LIU Jiufu, et al. Evaluation and calibration of Sentinel-3A SRAL Level 2 product over Poyang Lake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 1-10. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210616005
Citation: (HUANG Dui, WANG Wenzhong, LIU Jiufu, et al. Evaluation and calibration of Sentinel-3A SRAL Level 2 product over Poyang Lake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 1-10. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210616005

基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准

doi: 10.12170/20210616005
基金项目: 第二次青藏高原综合科学考察研究资助项目(2019QZKK0203);国家自然科学基金资助项目(52109026);水利部公益性行业科研专项经费资助项目(Ss520026)
详细信息
    作者简介:

    黄 对(1986—),女,湖南邵阳人,高级工程师,博士,主要从事水文遥感方面的研究。E-mail:huangdui2004520@163.com

  • 中图分类号: P228

Evaluation and calibration of Sentinel-3A SRAL Level 2 product over Poyang Lake

  • 摘要: Sentinel-3A卫星合成孔径雷达高度计(SRAL)因其时空分辨率优势在水位监测上应用潜力较大。基于2016—2018年Landsat-8 与Sentinel-2 光学遥感获取鄱阳湖星子站邻近水域,提取湖上Sentinel-3A SRAL 2级产品卫星测高点,提出一种卫星测高水位计算与校准方法,并结合实测水位进行评估。结果表明:Sentinel-3A SRAL 2级产品在鄱阳湖的过境数据有效率为64%,3—9月有连续覆盖数据,12月至次年2月受水位低或湖滩出露影响无有效数据;不同高程系统下的卫星观测水位与实测水位序列的一致性极显著,皮尔逊相关系数为0.999,在0.001水平上显著相关,实测水位变化量与卫星观测水位变化量的皮尔逊相关系数为1,二者的平均偏差为−0.175 m,标准差为0.084 m,其中降轨统计指标值优于升轨,枯水期则优于丰水期,以降轨枯水期指标值为最优:平均偏差、均方根误差、标准差分别为−0.082、0.107和0.076 m。以2016—2017年、2017—2018年、2016—2018年卫星测高水位与实测数据的平均偏差作为校准参数,校准水位的平均绝对偏差都为0.073 m,皮尔逊相关系数为1。研究验证了卫星测高数据计算和校准河湖水位方法的有效性,该类数据可应用于水文、气候变化研究与洪旱监测等。
  • 图  1  基于卫星遥感水面的卫星测高点初筛(红色为升轨轨道、黑色为降轨轨道示意)

    Figure  1.  Sentinel-3A SRAL water level point selection (red line is ascending orbit, black line is descending orbit)

    图  2  星子站水位变化

    Figure  2.  Water level change in Xingzi Station of Poyang Lake

    图  3  有效测次的有效测点数目

    Figure  3.  Observation points used for each satellite observation

    图  4  实测水位与卫星观测水位对比

    Figure  4.  Comparison of measured and sentinel-3A SRAL water level

    图  5  实测水位变化量与卫星观测水位变化量对比

    Figure  5.  Comparison of water level changes from in situ data and sentinel-3A SRAL

    图  6  Sentinel-3A卫星校准水位与实测水位对比

    Figure  6.  Comparison of Sentinel-3A calibrated water level and measured water level

    表  1  不同情形下卫星观测水位变化量与实测水位变化量的统计指标

    Table  1.   Comparison of results of water level change between satellite radar altimetry and in situ data

    轨道不同情形期数dMBE/mdRMSE /mdSTDEVA /mR
    升轨枯水期8−0.1570.1700.0710.999
    丰水期18−0.2040.2150.0680.999
    全部26−0.1910.2030.0711.000
    降轨枯水期5−0.0820.1070.0771.000
    丰水期18−0.1000.1420.1030.999
    全部23−0.0960.1350.0960.999
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    表  2  不同校准参数下的平均绝对偏差统计

    Table  2.   Mean absolute deviation statistics under different calibration parameters

    平均绝对
    偏差/
    m
    方式1:两年校准
    (2016—2017)
    累积占比/%
    方式2:两年校准
    (2017—2018)
    累积占比/%
    方式3:三年校准
    (2016—2018)
    累积占比/%
    ≤0.05 33 29 33
    (0.05,0.10] 76 76 74
    (0.10,0.15] 90 92 92
    (0.15,0.20] 100 100 100
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-16
  • 网络出版日期:  2022-07-04
  • 刊出日期:  2022-08-23

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