全球地表物候长期连续性研究：MODIS与VIIRS产品的对比分析与验证

本研究深入对比了MODIS（MCD12Q2 C61）与VIIRS（VNP22Q2 C2）全球地表物候（LSP）产品，通过多尺度验证（包括30米HLS-PhenoCam融合数据、12个黄金区域交叉比较和全球连续性评估）证实VIIRS产品能有效延续MODIS的长期物候记录（平均绝对差异<15天），为全球气候变化研究和生态系统监测提供了关键数据连续性保障。

　　

Study area

本研究在全球尺度评估500米分辨率MODIS/VIIRS物候产品的连续性（图1）。重点开展三项分析：首先基于15个MODIS格网内的89个站点（每个站点覆盖10公里×10公里区域）的30米HLS-PhenoCam物候产品进行质量评估，包括北美12个格网（78站点）、欧洲2个格网（7站点）和日本1个格网（4站点）。

Assessment of the 500 m global LSP products derived from the VNP22Q2 C2 algorithm

图3和表1展示了采用VNP22Q2 C2算法生成的四种500米LSP产品（SNPP-LSP、NOAA20-LSP、VIIRS2-LSP和MODIS-LSP）与高质量HLS-PhenoCam物候指标在北美、欧洲和日本15个格网的对比结果。散点图显示所有四种LSP产品的物候过渡日期检测一致性高（r=0.98），平均绝对差异（MAD）约11天，均方根偏差（RMSD）约16天，平均系统偏差（MSB）约7天。绿色度指标（如生长季累计EVI2值）也呈现高度相关性（r≥0.95），但振幅相关指标（如加速/减速速率）偏差较大。

Discussion

本研究通过多维度评估填补了MODIS与VIIRS传感器衍生物候产品全球连续性的研究空白。重要意义和创新性可概括为：首次系统评估了基于VNP22Q2 C2算法的四种LSP产品（SNPP单独、NOAA-20单独、双VIIRS联合及MODIS数据重构），证实其与高分辨率参考数据的一致性；通过12个黄金区域的交叉比较发现500米产品间高度吻合（MAD<7天），但与MCD12Q2 C61的差异稍大（MAD≈9-10天）；全球尺度分析表明MCD12Q2 C61与VNP22Q2 C2在多数生态区绝对差异<15天（干旱/半干旱区、热带和高纬度地区除外）。研究建议：若对MODIS数据采用相同物候检测算法可增强产品连续性，整合多VIIRS传感器数据可提升GLSP产品质量。

Conclusions

高质量长期GLSP产品记录对全球建模、生态与环境监测及气候变化研究至关重要。本研究通过全球多维度量化评估表明：2019-2020年基于HLS-PhenoCam的验证中，VNP22Q2 C2算法衍生的四种产品表现高度一致；黄金区域交叉比较显示500米产品间强相关性；全球连续性分析证实VIIRS产品可有效接续MODIS物候监测记录。未来需通过算法统一和多传感器数据融合进一步提升长期物候数据集的可靠性与一致性。