评估数据不确定性对遥感估算植物功能多样性的影响

植物功能多样性（plant functional diversity，PFD）的遥感制图正日益应用于科学—政策接口。然而，这些产品很少提供不确定性评估和质量标准，因为测量不确定性对PFD估计结果（即像元之间的变异性）的影响仍缺乏充分认识。我们利用生物多样性观测系统模拟实验（Biodiversity Observing System Simulation Experiment，BOSSE）中的性状图和高光谱影像模拟数据，评估不同类型的不确定性对PFD估计的影响。结果表明，由随机误差引起的不确定性对PFD估计的影响最高可达系统误差的三倍，而光谱和空间误差相关性会减弱这种影响。对PFD指标进行标准化计算能够减少系统误差，使实地测量的植物性状和遥感反射因子相比其他由反射率推导出的遥感代理变量（如光谱指数或光学性状）成为更稳健的PFD估计量。不确定性从反射因子向这些通常更受偏好的二级代理变量传播所产生的影响，会随着代理变量复杂性的增加而增强。尽管如此，性状不确定性可能会虚假地缩小基于地面观测（植物性状）和卫星影像得到的PFD之间的差异，因为它能够减弱由不确定性引起的偏差，或减弱基于不同性状（植物性状或光谱性状）计算的PFD指标之间固有的偏差。本研究进一步阐明了不确定性如何传播至PFD估计结果；这些认识对于优化PFD估计中的变量选择以及确定质量要求具有重要意义。研究还表明，应在反射因子层面分别量化随机不确定性和系统不确定性，以指导其在PFD分析中的应用与解读。

植物功能多样性（plant functional diversity，PFD）的遥感制图正日益应用于科学—政策衔接领域。然而，此类产品很少提供不确定性评估和质量标准，因为测量不确定性对PFD估计（即像元间变异性）的影响仍缺乏充分认识。我们利用生物多样性观测系统模拟实验（Biodiversity Observing System Simulation Experiment，BOSSE）生成的性状图和高光谱影像模拟数据，评估不同类型的不确定性对PFD估计的影响。结果表明，随机误差引起的不确定性对PFD估计的影响最高可达系统误差的三倍，而光谱和空间误差相关性会减弱这种影响。对PFD指标进行标准化计算能够降低系统误差，使原位测量的植物性状和遥感反射因子成为比其他基于反射率推导的遥感代理变量（如光谱指数或光学性状）更稳健的PFD估计量。不确定性从反射因子向这些通常更受偏好的次级代理变量传播的影响，会随着代理变量复杂度的增加而增强。尽管如此，性状不确定性可能会虚假地缩小基于地面观测（植物性状）与卫星影像得到的PFD之间的差异，因为它可能降低不同性状（植物性状或光谱性状）计算得到的PFD指标之间由不确定性引起的偏差或固有偏差。本研究加深了对不确定性如何传播至PFD估计中的认识；这些知识对于优化PFD估计中的变量选择和质量要求制定具有重要意义。研究还表明，应在反射因子层面分别量化随机不确定性和系统不确定性，以指导其在PFD分析中的应用与解释。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.21.753123v1?rss=1

🏷️ 植物功能多样性 遥感估算 数据不确定性 高光谱遥感 不确定性传播