ICS07.040 A 77 中华人民共和国国家标准 GB/T 40039—2021 土壤水分遥感产品真实性检验 Validation of soil moisture remote sensing products 2021-04-30发布 2021-11-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T 40039—2021 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 3 术语和定义 4 基本要求 5 检验方法 5.1 检验方法选择 5.2 直接检验法 5.2.1 概述 5.2.2 验证区选择 5.2.3 样本选择 5.2.4 地面数据同步测量 5.2.5 像元尺度相对真值确定 5.2.6 准确度评价 5.2.7 不确定度分析 5.3 间接检验法 6检验报告 6.1封面信息 6.2正文信息 6.2.1待检土壤水分遥感产品概述 6.2.2 参考对象描述 6.2.3 检验方法及流程 6.2.4 真实性检验结论 6.2.5附加信息 6.3检验报告信息简表 附录A（规范性附录） 土壤水分测量方法 环刀法 参考文献 GB/T40039—2021 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草， 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国遥感技术标准化技术委员会（SAC/TC327）归口。 本标准起草单位：中国科学院西北生态环境资源研究院、北京师范大学、中国科学院空天信息创新 研究院、国家卫星气象中心、中国科学院青藏高原研究所 本标准主要起草人：晋锐、亢健、马春锋、朱忠礼、冉有华、赵天杰、武胜利、李新、刘照言。 GB/T40039—2021 引言 土壤水分是全球气候系统核心变量之一，在地表和大气能量水分平衡中发挥重要作用。土壤水分 直接决定降水转化为蒸散发、人渗及产流的比例，是陆地水资源形成、转化、消耗过程中的基本变量。此 外，土壤水分还是植被生长的基本物质条件，影响植被光合作用速率和土壤微生物呼吸。土壤水分遥感 产品已成为气候、气象、水文、生态及农业等领域必不可少的关键参量， 土壤水分遥感产品的真实性检验是独立评价土壤水分遥感产品准确度和不确定度的基本方法。但 目前对土壤水分遥感产品质量的客观评价和定量检验尚缺乏标准可依。因此，有必要形成一套合理、规 致性。 Ⅱ GB/T 40039—2021 土壤水分遥感产品真实性检验 1范围 本标准规定了土水分遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。 本标准适用于全球和区域尺度土壤水分遥感产品的真实性检验。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是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/T28418一2012土壤水分（摘情）监测仪器基本技术条件 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 3 术语和定义 本文件。 3.1 土壤水分soilmoisture 吸附于土壤颗粒和存在于土壤孔隙中的水 注：主要为液态水，少数为寒冷季节冻结的固态冰和以水汽形式存在的气态水。 3.2 土壤体积含水量 volumetric soil moisture 单位体积土壤包含的液态水体积。 注：单位为立方厘米每立方厘米（cm/cm） 3.3 土壤重量含水量 gravimetric soilmoisture 土壤质量含水量 土壤中保持的液态水质量与干土质量的比值。 注：单位为克每克（g/g）。 3.4 土容重 bulkdensity 单位体积原状土壤中的干土质量。 注：单位为克每立方厘米（g/cm）。 4基本要求 4 土壤水分遥感产品真实性检验应符合GB/T36296一2018中第7章的规定，并满足下列要求： 1 GB/T40039—2021 a) 参考对象应为与待检土壤水分遥感产品相同或邻近时期（不超过24h）的同一区域土壤水分 数据。 b) 参考对象和待检土壤水分遥感产品应同为土壤体积含水量；如为土壤重量含水量，应通过土壤 容重转换为土壤体积含水量。 c） 参考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），且每种主要地 表类型宜包含高、中、低三种土壤水分情况。 d）参考对象的均方根误差应小于0.04cm/cm。 5检验方法 5.1检验方法选择 土壤水分遥感产品的真实性检验方法包括直接检验法和间接检验法。根据参考对象的可获取性选 择相应的检验方法： a）应优先选择土壤水分地面同步测量数据作为参考对象，采用直接检验法； b) 当无土壤水分地面同步测量数据时，可利用已检土壤水分产品作为参考对象，采用间接检 验法。 5.2直接检验法 5.2.1概述 直接检验法操作流程应符合GB/T36296一2018中8.1的规定，主要操作流程见图1 验证区选择 样本选择 待检土壤水分遥感产品 空间匹配 地面数据同步测量 准确度评价 像元尺度相对真值确定 不确定度分析 图1直接检验法操作流程 5.2.2验证区选择 当待检土壤水分遥感产品空间分辨率粗于或等于5km时，应至少选择待检土壤水分遥感产品1个 像元对应的地表区域作为验证区；当待检土壤水分遥感产品的空间分辨率优于5km时，应至少选择待 检土壤水分遥感产品2×2个像元对应的地表区域作为验证区。验证区应与待检土壤水分遥感产品保 持空间匹配 收集验证区与土壤水分相关的先验信息，按照GB/T39468一2020中4.2的规定判断土壤水分在 2 GB/T40039—2021 空间上的差异性。先验信息可采用土壤水分、地表热惯量、地表温度、植被指数、土蒸发效率等，先验 信息的空间分辨率应不低于待检土壤水分遥感产品的空间分辨率。 5.2.3样本选择 根据验证区土壤水分空间异质性分析结果，按照GB/T39468一2020中4.3.1选择适用的空间抽样 模型确定样本位置；验证区内每个像元的样本量不低于4个，且每种主要地表类型至少有1个样本。 5.2.4地面数据同步测量 按照5.2.3确定的样本位置，开展土壤水分的地面同步测量，具体要求如下： a) 应对原状土进行测量。 b) 如待检土壤水分遥感产品为表层土壤水分，地面测量深度应在0cm～10cm之间；如待检土壤 水分遥感产品为根区王壤水分，地面测量深度应根据植被根系确定。 c） 优先采用自动监测仪器测量土壤水分。自动监测仪器的基本技术条件应符合GB/T28418一 2012的规定，还应满足测量数值范围为0cm/cm3~0.6cm²/cm，测量分辨率不低于 0.001cm/cm；自动监测仪器的测量误差应经烘干法进行标定，绝对误差不高于0.03cm/cm， 测量结果重复性标准差不大于0.02cm/cm。 d) 自动监测仪器测量土壤水分包括固定位置连续测量和移动式测量两种方式。固定位置连续测 量可采用与待检土壤水分遥感产品获取时间最近的观测值作为样本测量值，移动式测量则应 在同一样本位置连续测量至少两个王壤水分后计算均值作为样本测量值。 e） 如未配备自动监测仪器，可采用环刀法。在同一样本位置采集至少两个原状土样测量土壤水 分后计算均值作为样本测量值，测量方法见附录A。 5.2.5像元尺度相对真值确定 根据待检土壤水分遥感产品的空间分辨率、验证区土壤水分空间异质性以及样本的空间代表性，按 照GB/T39468—2020中4.4.1选择对应情形和方法，将样本测量值尺度转换为与待检土壤水分遥感产 品像元分辨率和空间一致的相对真值。 5.2.6准确度评价 按照GB/T36296一2018中6.1规定的均方根误差、相关系数、平均误差、平均绝对误差、相对误 差、平均相对误差、平均绝对相对误差等准确度评价指标定量表达待检土壤水分遥感产品的准确度。准 确度评价指标计算方法参见GB/T36296—2018附录A。 5.2.7不确定度分析 按照GB/T36296一2018中6.2规定的标准差、方差、协方差、标准不确定度等不确定度评价指标 定量表达待检土壤水分遥感产品的不确定度。不确定度评价指标计算方法参见GB/T36296一2018附 录B。 5.3间接检验法 已检土壤水分产品的空间分辨率应不低于待检土壤水分遥感产品的空间分辨率。宜采用GB/T36296- 2018中8.2.1规定的交叉检验法，具体操作流程见图2。主要步骤如下： a）空间一致性检查：当待检土壤水分遥感产品与已检土壤水分产品的像元分辨率不同或空间不 匹配时，对已检土壤水分产品采用空间平均方法进行尺度转换。 b) 样本选择：当待检王壤水分遥感产品像元数小于或等于10000时，可直接对所有像元进行比 3