近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）研究員孟慶巖研究團(tuán)隊提出了一種新型時空融合模型（GLOSTFM），可用于生成全球地表溫度（LST）產(chǎn)品，通過集成多源衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，有效提升了地表溫度數(shù)據(jù)的時空分辨率，為氣候變化、城市熱環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供了更精細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

地表溫度是氣候研究、生態(tài)監(jiān)測和農(nóng)業(yè)管理中的關(guān)鍵參數(shù)。然而，現(xiàn)有衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)存在空間和時間分辨率受限的問題。例如，高空間分辨率衛(wèi)星一般重訪間隔較久，數(shù)據(jù)時間連續(xù)性低，而低空間分辨率衛(wèi)星雖然具有較高的時間分辨率，但難以滿足精細(xì)尺度的應(yīng)用需求。因此，如何有效融合多源LST數(shù)據(jù)，既提高空間覆蓋與分辨率，又保證時間連續(xù)性，一直是遙感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

為應(yīng)對LST數(shù)據(jù)時空分辨率提升的挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出全球GLOSTFM。該模型的創(chuàng)新之處在于其獨(dú)特的構(gòu)建原理和技術(shù)框架。GLOSTFM基于圖像金字塔技術(shù)，將來自多源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過分層處理的方式，解決不同空間和時間分辨率數(shù)據(jù)的融合問題。圖像金字塔技術(shù)是一種將數(shù)據(jù)層次化處理的算法，通過逐級融合不同分辨率的圖像，最大化地保留空間信息的精度，同時避免數(shù)據(jù)量過大的問題。

GLOSTFM綜合中國風(fēng)云三號D衛(wèi)星的中分辨率光譜成像儀（MERSI）和微波輻射計（MWRI）的數(shù)據(jù)。MERSI提供1km的空間分辨率，適用于高精度的地表溫度監(jiān)測，而MWRI的25km空間分辨率則具有全天候監(jiān)測能力，能夠在惡劣天氣條件下提供連續(xù)的數(shù)據(jù)支持。通過這種多源數(shù)據(jù)的融合，GLOSTFM在確保計算效率的同時，充分發(fā)揮了光學(xué)傳感器和微波傳感器各自的優(yōu)勢，大幅提升全球地表溫度數(shù)據(jù)的時空連續(xù)性。

圖1 基于高斯-拉普拉斯金字塔原理的地表溫度時空融合模型（GLOSTFM）示意圖

GLOSTFM的優(yōu)勢與應(yīng)用

1.全球適用性：不同于傳統(tǒng)融合方法僅適用于特定區(qū)域，GLOSTFM可在全球尺度上適用，為多種應(yīng)用場景提供數(shù)據(jù)支持。

2.高時空精度：相比于現(xiàn)有的LST產(chǎn)品，該方法可將時間分辨率提高到每日級別，同時提供較為完整的全球空間覆蓋，有效填補(bǔ)數(shù)據(jù)空白。

3.多場景應(yīng)用：高分辨率的LST數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用于城市熱島監(jiān)測、農(nóng)業(yè)干旱評估、氣候變化研究和生態(tài)系統(tǒng)管理等領(lǐng)域。

圖2 GLOSTFM對比MWRI、MERSI以及MODIS等產(chǎn)品時空覆蓋更加全面

GLOSTFM的提出為遙感數(shù)據(jù)的精細(xì)化處理提供新的思路，未來研究將進(jìn)一步優(yōu)化模型，使其更加適應(yīng)不同氣候帶和地理環(huán)境，并結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)，提高模型的泛化能力。同時，GLOSTFM的成功應(yīng)用將有助于全球氣候變化監(jiān)測、城市規(guī)劃優(yōu)化和農(nóng)業(yè)資源管理，為應(yīng)對全球變暖和環(huán)境變化提供更加精準(zhǔn)的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

圖3 GLOSTFM在城市熱島監(jiān)測中發(fā)揮的重要作用

上述研究成果“GLOSTFM: A global spatiotemporal fusion model integrating multi-source satellite observations to enhance land surface temperature resolution” 發(fā)表于遙感領(lǐng)域頂級期刊《Remote Sensing of Environment》（中國科學(xué)院一區(qū)）。空天院研究員孟慶巖為第一作者，博士生陳士澤為通信作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目、風(fēng)云三號03批氣象衛(wèi)星工程地面應(yīng)用系統(tǒng)生態(tài)監(jiān)測評估應(yīng)用項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項目等多項資助支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.114640