HJ 1320-2023 生态遥感地面观测与验证技术导则

中华人民共和国国家生态环境标准HJ1320—2023生态遥感地面观测与验证技术导则Technicalguidelinesforground-basedobservationandvalidationofecologicalremotesensing本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。2023-11-27发布2024-06-01实施生态环境部 发 布HJ1320—2023i目次前言.....................................................................................................................................................................ⅱ1适用范围...........................................................................................................................................................12规范性引用文件...............................................................................................................................................13术语和定义.......................................................................................................................................................14工作内容及工作流程.......................................................................................................................................35验证场（站）选址...........................................................................................................................................36验证样地样方布设...........................................................................................................................................47观测参数要求...................................................................................................................................................58观测方法要求...................................................................................................................................................59基础设施要求...................................................................................................................................................710遥感产品验证方法.........................................................................................................................................811遥感产品验证的评价要求.............................................................................................................................9HJ1320—2023ii前言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，规范陆地生态遥感地面观测与验证的基本参数和方法，指导生态遥感地面观测验证网络的建设，制定本标准。本标准规定了陆地生态遥感地面观测与验证工作各环节的基本要求，包括地面验证场（站）选址、验证样地样方布设、观测参数、观测方法、基础设施建设、遥感产品验证及验证精度评价等。本标准为首次发布。本标准由生态环境部生态环境监测司、法规与标准司组织制订。本标准主要起草单位：生态环境部卫星环境应用中心、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、山西省生态环境监测和应急保障中心（山西省生态环境科学研究院）、四川省生态环境科学研究院、江苏省环境监测中心。本标准生态环境部2023年11月27日批准。本标准自2024年6月1日起实施。本标准由生态环境部解释。HJ1320—20231生态遥感地面观测与验证技术导则1适用范围本标准规定了陆地生态遥感地面观测与验证工作各环节的基本要求，包括地面验证场（站）选址、验证样地样方布设、观测参数、观测方法、基础设施建设、遥感产品验证及验证精度评价等。本标准适用于指导基于生态遥感及地面观测技术的全国及区域遥感产品验证、遥感监测等相关工作。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T36296遥感产品真实性检验导则GB/T39468陆地定量遥感产品真实性检验通用方法GB/T40034叶面积指数遥感产品真实性检验GB/T40039土壤水分遥感产品真实性检验HJ1167全国生态状况调查评估技术规范——森林生态系统野外观测HJ1168全国生态状况调查评估技术规范——草地生态系统野外观测HJ1169全国生态状况调查评估技术规范——湿地生态系统野外观测3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1生态遥感ecologicalremotesensing利用遥感技术对生态系统结构、过程、功能等进行定量或定性观测，获取生态系统的某些属性特征及其变化信息，进而识别和判定生态系统所处状态的分析过程和技术手段。3.2生态系统ecosystem在一定时间和空间内，生物与其生存环境以及生物与生物之间相互作用，彼此通过物质循环、能量流动和信息交换，形成的一个不可分割的自然整体。3.3地面验证场（站）groundvalidationfield(station)以建立生态遥感参数的定量反演模型或者检验生态遥感参数的反演精度为目标，为地面观测获取同类或者相关生态遥感参数而建立的试验场地。3.4地面观测ground-basedobservation在某地面点通过专门仪器设备直接测量地表参数的过程。HJ1320—202323.5地面验证ground-basedvalidation利用地面观测获取的地表参数对陆地遥感产品真实性进行检验的过程。3.6遥感产品remotesensingproducts通过遥感方式获取并被生产出来以满足特定需求的数据，包括遥感传感器直接获取的数据和利用模型间接获得的数据，以及经过更高级层次处理而满足行业应用需求的数据结果。本标准中遥感产品指卫星遥感产品。3.7地表反射率surfacereflectance（SR）地面太阳反射辐射和入射太阳总辐射之比。3.8地表反照率surfacealbedo地表向半球（2π）空间反射的辐射通量与半球（2π）空间入射在地表上的辐射通量之比。3.9黑天空反照率blackskyalbedo仅考虑直射光照射的情况下，物体表面向半球（2π）空间反射的辐射通量与入射的直射辐射通量之比。3.10白天空反照率whiteskyalbedo仅考虑散射光照射的情况下，物体表面向半球（2π）空间反射的辐射通量与入射的散射辐射通量之比。3.11真实反照率actualalbedo入射辐射同时包括直射光照射和散射光照射的自然界真实情况下，物体表面向半球（2π）空间反射的辐射通量与入射的辐射通量之比。3.12叶面积指数leafareaindex（LAI）一定土地面积内的植物叶片总面积与土地面积的比值。3.13植被覆盖度fractionalvegetationcover（FVC）单位面积内植被冠层（包括叶、茎、枝）垂直投影面积所占的比例。3.14光合有效辐射吸收比率fractionofabsorbedphotosyntheticallyactiveradiation（FPAR）植被吸收的光合有效辐射在总光合有效辐射中所占的比例。其中，光合有效辐射是太阳辐射光谱中可被绿色植物的质体色素吸收、转化并用于合成有机物质的一定波段的辐射能，一般指波长为400nm～700nm的太阳辐射。3.15土壤水分soilmoisture（SM）吸附于土壤颗粒和存在于土壤孔隙中的水，分为体积含水量和重量含水量。本标准中的土壤水分是指体积含水量，即单位体积土壤包含的液态水体积。HJ1320—202334工作内容及工作流程主要工作流程如下：首先，选取和设立验证场（站），确定观测和验证的空间范围；然后，在验证场（站）范围内按一定要求选取样地，明确作业区域；其次，确定需要观测的参数，设定观测频次、布设样地样方，明确参数的观测方法，实现数据观测、传输、存储；最后，设定产品验证方法和评价方法，依托数据中心实现遥感产品的验证及评价。具体见图1。验证场（站）选址样地样方布设观测参数设定观测方法设计观测结果数据中心待检验遥感产品产品验证与分析基础设施建设地面观测设施建设数据汇交系统建设数据传输数据管理图1主要工作流程5验证场（站）选址5.1区域代表性综合考虑自然地理和生态系统的空间分布特征，选择自然地理条件具有代表性、生态系统类型具有多样性的区域范围，建设生态遥感验证场（站）。在满足卫星遥感影像像元尺度匹配的前提下，以最小的空间面积代表最大范围的区域生态系统。5.2地表特征除所需验证的产品对地形有特殊需求外，要选择地势相对平坦的区域。不同地表类型的面积不宜太小、地表类型不宜过度破碎，连续斑块区域面积尽可能大于10km×10km。场站投入使用后，如土地利用类型发生明显变化（人为干扰面积明显扩大，或影响样地、样方布设及参数观测），则就近调整场站的范围、规模、位置。HJ1320—202345.3周边环境在满足区域代表性的前提下，要避开道路、防护林、房屋、高压线等地物，区域大气干洁、稳定。尽量选择交通便利、生活方便、后勤保障容易的区域。6验证样地样方布设6.1样地布设在地面验证场（站）及其周边一定范围内，针对不同类型生态系统，以及同一生态系统类型但不同植被长势的地表，尽量选择地势平坦的区域设置不同的固定样地。样地数量需要根据区域空间异质性及生态系统类型进行合理确定，场站内每个生态系统类型至少设置1个。综合考虑卫星遥感数据和参数产品的像元大小、像元偏移及几何误差等因素，样地大小设置为：对于空间分辨率在250m到1km之间（包含250m和1km）的遥感产品，验证样地大小应至少设置为3km×3km；对于空间分辨率优于250m的遥感产品，验证样地大小应至少设置为75