(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111548225.7 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 水利部交通 运输部国家能源局南京 水利科学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区广州路 223号 (72)发明人 杨艳青　张建云　鲍振鑫　王国庆　 刘翠善　王婕　吴厚发　刘悦　 陈鑫　 (74)专利代理 机构 南京千语知识产权代理事务 所(普通合伙) 32394 代理人 尚于杰　祁文彦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层 土壤水的方法 (57)摘要 本发明公开了一种多源遥感数据驱动指数 滤波模型推求根层土壤水的方法， 基于再分析数 据集ERA5率定指数滤波E F模型， 将率定好的最优 T参数与SMAP  L3表层土壤水数据进行尺度匹配， 并基于实时更新的SMAP  L3表层土壤 水数据驱动 EF模型， 得到根层土壤水序列。 本发明方法仅需 ERA5率定参数T， 根据实时更新的SMAP  L3表层土 壤水数据模拟得到根层土壤水， 大大缩减了工作 量和计算成本； 有效利用了近实时发布的最新 SMAP L3表层土壤水观测数据， 克服了现有技术 计算量过大、 数据更新慢的不足， 有效提高了该 方法的时效性， 将数据延 迟时间缩短至50小时以 内， 降低了大尺度农业区根层土壤水的估计成本 和数据延迟时间。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114239274 A 2022.03.25 CN 114239274 A 1.多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层土壤水的方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤一： 获取10km逐日ERA5全球土壤水再分析数据集， 按研究区矢量边界裁剪得到该 区域的逐日土壤水 数据集； 步骤二： 对步骤一得到的该区域内ERA5根表层土壤水数据集进行标准化处理， 将所有 数据通过 标准化处理映射到区间[0， 1]； 步骤三： 以标准化后的ERA5表层土壤水作为指数滤波模型的输入， 根据30cm深度根层 土壤水与参数T的关系， 模 型参数T在[1， 50]范围内逐一取值， 在每一个10km的网格上， 利用 指数滤波模型分别模拟 计算不同T输入时的根层土壤水， 模拟得到根层土壤水序列； 以标准 化后的ERA5根层土壤水为目标函数， 计算模拟得到的根层土壤水序列和ERA5根层土壤水序 列之间的纳什效率系数NSE， 对于每一个网格， 以NSE最大值所对应的模拟根层土壤水序列 的参数T作为该网格的最优T参数； 步骤四： 获取9km逐日SMAP  L3表层土壤水数据， 按研究区矢量边界裁剪得到该区域的 逐日土壤水序列； 并对S MAP L3表层土壤水数据进行标准化处理， 将所有 数据通过标准化映 射到区间[0， 1]； 步骤五： 先将步骤三得到的基于ERA5逐网格最优T参数空间分布与标准化后的SMAP  L3 表层土壤水 数据进行尺度匹配； 步骤六： 将匹配好的最优T参数和标准化后的SMAP  L3提供的表层土壤水数据集， 作为 模型输入驱动指数 滤波模型， 模拟得到9km 分辨率的根层土壤水序列。 2.根据权利要求1所述的多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层土壤水的方法， 其 特征在于， 在步骤二和步骤四中， 对ERA5和SMAP  L3土壤水数据集的标准 化处理公式为： 式中， 为该数据集序列的栅格i在第j时刻的土壤含水量， m3/m3； 和 分别 为栅格i数据 序列的最大和最小值， m3/m3； θi， j为 对应的标准 化值。 3.根据权利要求1所述的多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层土壤水的方法， 其 特征在于， 步骤三中指数 滤波模型采用如下迭代形式： θR(tn)＝θR(tn‑1)+Kn[ θs(tn)‑θR(tn‑1)] 其中， 式中， θs(tn)为标准化tn时刻的表层土壤含水量； θR(tn‑1)和θR(tn)分别为标准化后tn‑1 和 tn时 刻 的 根 层 土 壤 含 水 量 ；T 为 特 征 时 长 ， d ；模 型 初 始 条 件 设 置 为 ： 4.根据权利要求3所述的多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层土壤水的方法， 其 特征在于， 步骤三中纳什效率系数NSE计算公式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239274 A 2式中， t1和tn分别为根层土壤水序列起始和终止时间； 和 分别为t时刻由ERA5 提供和指数 滤波法模拟的根层土壤含水量； 为ERA5提供的根层土壤水序列的平均值。 5.根据权利要求4所述的多源遥感数据驱动指数滤波模型推求根层土壤水的方法， 其 特征在于， 步骤五中采用反距离加 权IDW法， 将步骤三得到的基于ERA5逐网格最优T参数空 间分布， 插值到标准化后的9km  SMAP L3表层土壤水数据集相匹配的网格上， 计算公式如 下： 其中， 为栅格中心点(x0， y0)采用IDW法加权计算后的最优参数T值； Z(xi， yi)为 在栅格中心点(x0， y0)邻近范围内采集的栅格i的最优参数T值； n为采集的临近栅格个数； λi 为采集的栅格i对应的权 重， 按下式计算： 式中， di为采集的栅格i的中心点距栅格中心点(x0， y0)的距离。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239274 A 3