在葡萄园和一年生作物系统中使用PlanetScope对Sentinel-2生物物理变量进行验证和高分辨率降尺度

Validation and high-resolution downscaling of Sentinel-2 biophysical variables using PlanetScope in vineyard and annual cropping systems

Frontiers in Plant Science

César Minuesa; Jordi Gené-Mola; Èlia Capdevila; Joaquim Bellvert

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摘要

准确估算植被生物物理变量,包括吸收光合有效辐射分量(fAPAR)、植被覆盖度(FVC)和叶面积指数(LAI),对于作物监测和管理至关重要。尽管Sentinel-2提供了20 m分辨率的业务化生物物理变量产品,但在不同作物类型之间仍存在不确定性,尤其是在葡萄园等木本系统中,而且该分辨率往往不足以捕捉田块内的变异性。本研究旨在:(i) 在Mediterranean herbaceous和葡萄园作物上验证Sentinel-2简化Level-2原型(SL2P)产品;(ii) 开发并评估一个PlanetScope–Sentinel-2融合框架,以生成3-m、高频率的fAPAR、FVC和LAI地图。SL2P在所有变量上均与原位参考数据表现出高度一致性(fAPAR:R 2 = 0.88,|偏差| = 0.02,不确定度 = 0.07;FVC:R 2 = 0.80,|偏差| = 0.08,不确定度 = 0.09;LAI:R 2 = 0.86,|偏差| = 0.48,不确定度 = 0.62),其中fAPAR的绝对偏差最低。为在保持物理一致性的同时提高空间和时间细节,比较了四种降尺度方法。DMS-DT在预测性能和计算效率之间提供了有利的折中(fAPAR:R 2 = 0.73,|偏差| = 0.03,不确定度 = 0.10;FVC:R 2 = 0.67,|偏差| = 0.11,不确定度 = 0.13;LAI:R 2 = 0.75,|偏差| = 0.52,不确定度 = 0.75),残差校正进一步提升了性能。总体而言,所提出的融合框架能够实现3-m、高频率的生物物理变量监测,同时保持与Sentinel-2 SL2P产品的一致性。所得产品可为需要精细尺度且频繁植被信息的应用提供潜在有用的数据源,包括灌溉管理、产量预测和其他精准农业应用。

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研究领域
植物农业
测量对象
LAI、生物量与冠层结构
仪器与技术
自动监测卫星遥感

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