中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）研究員曾江源團(tuán)隊(duì)在衛(wèi)星土壤水分產(chǎn)品缺失值填補(bǔ)方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種協(xié)同機(jī)器學(xué)習(xí)和插值方法的新框架，有效改善了全球衛(wèi)星土壤水分產(chǎn)品中普遍存在的大范圍數(shù)據(jù)缺失狀況，顯著提升了數(shù)據(jù)的完整性和可用性。該研究成果為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、水資源管理、干旱監(jiān)測(cè)和氣候變化研究等提供了更可靠的數(shù)據(jù)支撐，已于近期發(fā)表于遙感領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《環(huán)境遙感》（Remote Sensing of Environment）。

土壤水分是衡量地球生態(tài)系統(tǒng)健康與否的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)氣候預(yù)測(cè)、農(nóng)作物生長(zhǎng)、洪旱災(zāi)害預(yù)警等研究具有重要意義。目前，衛(wèi)星遙感是獲取全球范圍土壤水分信息最有效的手段，但受衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)和傳感器性能限制、地表復(fù)雜地形、人為射頻干擾等多種因素影響，衛(wèi)星獲取的土壤水分產(chǎn)品常存在大范圍數(shù)據(jù)缺失，嚴(yán)重制約了其在實(shí)際科研與應(yīng)用中的使用效能。

曾江源介紹道，目前填補(bǔ)這些缺失數(shù)據(jù)主要有兩類方法。一類是以空間關(guān)聯(lián)性為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的插值方法，即根據(jù)已知數(shù)據(jù)填補(bǔ)未知數(shù)據(jù)。該方法在數(shù)據(jù)缺失程度不高的情況下效果很好，但面對(duì)連續(xù)大片的空白區(qū)域時(shí)容易“填不準(zhǔn)”，甚至出現(xiàn)“填不上”的情況。另一類是熱門的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，它偏于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，即通過(guò)分析全球海量數(shù)據(jù)找出土壤水分與其他環(huán)境因素（如降水、植被等）的復(fù)雜關(guān)系，從而進(jìn)行大范圍預(yù)測(cè)填補(bǔ)，但結(jié)果容易趨于“平均”，削弱了極端干濕區(qū)域的細(xì)節(jié)特征。

針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的策略，將上述兩類主流填補(bǔ)方法進(jìn)行深度融合，采用“堆疊”異質(zhì)集成技術(shù)，首先通過(guò)兩種方法獨(dú)立生成初級(jí)填補(bǔ)結(jié)果，再通過(guò)元模型智能優(yōu)化權(quán)重，最終形成兼具全局合理性與局部精細(xì)度的填補(bǔ)數(shù)據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)利用全球衛(wèi)星土壤水分產(chǎn)品進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，新方法在應(yīng)對(duì)不同尺度的數(shù)據(jù)缺失時(shí)均表現(xiàn)出優(yōu)越性：既保留了機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)大范圍缺失區(qū)的整體預(yù)測(cè)能力，又融合了插值法對(duì)局部區(qū)域細(xì)節(jié)特征的敏感度，有效避免了傳統(tǒng)方法中常見的“平均化”誤差或“細(xì)節(jié)失真”現(xiàn)象。在全球尺度的驗(yàn)證中，其填補(bǔ)精度顯著優(yōu)于單一方法。

該技術(shù)框架具備較強(qiáng)的通用性，可拓展至地表溫度、植被參數(shù)、大氣參數(shù)等多種遙感產(chǎn)品的缺失值修復(fù)，通過(guò)提升各類衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，為地球系統(tǒng)科學(xué)研究、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全、生態(tài)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警等應(yīng)用提供更可靠的數(shù)據(jù)支撐。

空天院碩士研究生榮家明為論文第一作者，曾江源為論文通訊作者。