局校合作--风云卫星遥感联合实验室发布全球多星一体微波比辐射率算法和数据集

  微波地表发射率是表征陆面水热状态和地表散射特性的重要物理量，对土壤湿度、植被含水量、蒸散发、雪盖变化等关键陆表变量具有直接指示意义，也是全球降水反演和陆地生态系统碳水通量估算的重要输入。然而，传统发射率产品多由单一传感器独立反演，不同卫星在通道设置、观测几何、在轨定标以及反演方法等方面存在差异，导致不同传感器的数据之间难以直接拼接和联合应用，也限制了全球长期序列的构建与跨任务对比研究。

  针对上述瓶颈，中国科学技术大学和中国气象局通过局校合作，由风云卫星遥感联合实验室李锐教授团队联合中国气象局气象探测中心、国家卫星气象中心、国家地球系统模拟和数值预报中心、中国科学院空天信息创新研究院等多家单位研究人员，成功将中国三颗风云三号卫星（FY-3B/C/D）微波辐射计MWRI与国际主流微波探测任务 GPM/GMI 和 AMSR2融合，研发出全球高一致性、完整覆盖、多星联合微波地表发射率（Microwave Land Surface Emissivity, MLSE）反演算法及产品，为全球陆面过程研究、陆气相互作用模拟以及降水反演等业务与科研应用提供了更高精度、更高稳定性的基础数据。相关成果以“Global retrieval of harmonized microwave land surface emissivity leveraging multi-sensor measurements from GMI, AMSR2 and MWRIs”为题发表在国际遥感领域的顶级期刊《Remote Sensing of Environment》上。

图1，（a）多星地表发射率瞬时反演，（b）多星联合全球地表覆盖范围，（c）融合五颗卫星微波观测构建的地表发射率日变化曲线

  合作研究团队提出了全球首个面向风云时代多卫星的统一发射率反演框架，融合利用5颗地球低轨卫星和3颗静止卫星的共11个传感器观测资料，实现了逐星、逐轨、逐像元的晴空地表发射率反演。研究团队还构建了全球多星“同时同地”在轨匹配样本库，首次将双差分标定方法直接应用于“地表发射率”层面的交叉定标，建立了多传感器间的统一映射关系，在物理和统计意义上有效消除了仪器构型、扫描模式和反演策略差异带来的系统偏差，实现了真正意义上的多星标准化（图1）。

图2，交叉定标的多星发射率产品和参考数据集的全球空间一致性

  评估显示，该融合数据集在全球尺度表现出极高的一致性（图2）：不同传感器之间的相关性普遍超过 0.95，均方根误差控制在 1%以内，系统偏差小于0.5%。与地面观测和多套国际主流单一卫星发射率产品对比也表现出优异的一致性，均方根误差普遍优于 1.5%，进一步验证了融合反演体系的可靠性与稳健性。该产品在全球森林、草地、农田等典型生态系统中展现出与植被覆盖、降水与土壤湿度，季节性变化分析中表现优良，显示出在陆面水文、生态监测、地球系统模式及长期气候研究中的广阔应用前景（图3）。

图3，融合发射率对全球不同生态系统地表水文日变化特征的信号响应

  该成果填补了全球多传感器融合的微波地表发射率产品的空白，标志着我国在多源微波数据统一反演和全球基础数据集制备方面迈出了关键一步，同时也提升了国产风云卫星的数据定标和科学应用在地表微波遥感领域的国际影响力，是局校合作、协同创新的又一重要成果。

  论文第一作者为中国科学技术大学胡继恒博士（现任职于美国密歇根大学），李锐教授为通讯作者，合作者包括中国气象局气象探测中心张鹏研究员、中国科学技术大学王雨教授、国家卫星气象中心武胜利研究员、中国科学院空天信息创新研究院胡斯勒图研究员、中国气象局地球系统数值预报中心翁富忠研究员等。研究受到国家自然科学基金重点与面上项目、国家重点研发计划、风云卫星遥感专项等多项资助。

Hu, Jiheng, Rui Li, Peng Zhang, Yu Wang, Shengli Wu, Husi Letu, and Fuzhong Weng. 2026. “Global Retrieval of Harmonized Microwave Land Surface Emissivity Leveraging Multi-Sensor Measurements from GMI, AMSR2 and MWRIs.” Remote Sensing of Environment 334 (115169): 115169. doi:10.1016/j.rse.2025.115169.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.115169