Reply on RC1
Description
Abstract. Satellite radar backscatter contains unique information on land surface moisture, vegetation features, and surface roughness, and can be acquired in all weather conditions, thus has been used in a range of earth science disciplines. However, there is no single global radar data set that spans more than two decades. This has limited the use of radar data for trend analysis over extended time intervals. We here provide the first long-term (since 1992), high resolution (~8.9 km) satellite radar backscatter data set over global land areas, the C-band Scatterometer (CScat) data set, by fusing signals from European Remote Sensing satellite (ERS, 1992–2001, C-band, 5.3 GHz), Quick Scatterometer (QSCAT, 1999–2009, Ku-band, 13.4 GHz), and the Advanced Scatterometer (ASCAT, since 2007, C-band, 5.255 GHz). The six-year data gap between C-band ERS and ASCAT was filled out by modelling an equivalent C-band signal during 1999–2009 from Ku-band QSCAT signals and climatic information. Towards this purpose, we first rescaled the signals from different sensors, pixel by pixel, using a new signal rescaling method that is robust to limited overlapping observations among sensors. We then corrected the monthly signal differences between the C-band and the scaled Ku-band signals, by modelling the signal differences from climatic variables (i.e., monthly precipitation, skin temperature, and snow depth) using decision tree regression. The quality of the merged radar signal was assessed by computing the Pearson r, Root Mean Square Error (RMSE), and relative RMSE (rRMSE) between the C-band and the corrected Ku-band signals in the overlapping years (1999–2001 and 2007–2009). We obtained high Pearson r values and low RMSE values at both the regional (r ≥ 0.93, RMSE ≤ 0.16, rRMSE ≤0.37) and pixel levels (median r across pixels ≥ 0.80, median RMSE ≤ 0.38, median rRMSE ≤ 0.64), suggesting high accuracy for the data merging procedure. The merged radar signal was then validated with a continuous ERS-2 data set available between 1995 and 2011. ERS-2 stopped working in full mode after 2001 but observations are occasionally available for a subset of the pixels until 2011. Because the period of 1995–2011 fully overlaps with the working period of QSCAT (1999–2009), comparing the merged radar signal against the ERS-2 data in 1995–2011 is the most direct validation available. We found concordant monthly dynamics between the merged radar signals and the ERS-2 signals during 1995–2011, with Pearson r value ranging from 0.79 to 0.98 across regions. These results evidenced that our merged radar data have a consistent C-band signal dynamic. The CScat data set (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20407857, Tao et al. 2022a) is expected to advance our understanding of the long-term changes in, e.g., global vegetation and soil moisture. The data set will be updated on a regular basis.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الملخص. يحتوي التشتت العكسي لرادار الأقمار الصناعية على معلومات فريدة عن رطوبة سطح الأرض وميزات الغطاء النباتي وخشونة السطح، ويمكن الحصول عليها في جميع الظروف الجوية، وبالتالي تم استخدامها في مجموعة من تخصصات علوم الأرض. ومع ذلك، لا توجد مجموعة بيانات رادار عالمية واحدة تمتد لأكثر من عقدين. وقد حد هذا من استخدام بيانات الرادار لتحليل الاتجاه على مدى فترات زمنية طويلة. نحن هنا نقدم أول مجموعة بيانات للتشتت العكسي لرادار الأقمار الصناعية على المدى الطويل (منذ عام 1992)، عالية الدقة (~ 8.9 كم) فوق المناطق البرية العالمية، ومجموعة بيانات مقياس التشتت للنطاق C (CScat)، من خلال دمج الإشارات من القمر الصناعي الأوروبي للاستشعار عن بعد (ERS، 1992–2001، النطاق C، 5.3 جيجا هرتز)، ومقياس التشتت السريع (QSCAT، 1999–2009، النطاق Ku، 13.4 جيجا هرتز)، ومقياس التشتت المتقدم (ASCAT، منذ عام 2007، النطاق C، 5.255 جيجا هرتز). تم ملء فجوة البيانات التي تبلغ مدتها ست سنوات بين C - band ERS و ASCAT من خلال نمذجة إشارة C - band مكافئة خلال الفترة 1999–2009 من إشارات Ku - band QSCAT والمعلومات المناخية. ولتحقيق هذا الغرض، قمنا أولاً بإعادة قياس الإشارات من أجهزة استشعار مختلفة، بكسل بكسل، باستخدام طريقة جديدة لإعادة قياس الإشارة تكون قوية للملاحظات المتداخلة المحدودة بين أجهزة الاستشعار. ثم قمنا بتصحيح اختلافات الإشارة الشهرية بين النطاق C وإشارات النطاق Ku المقاسة، من خلال نمذجة اختلافات الإشارة عن المتغيرات المناخية (أي هطول الأمطار الشهري ودرجة حرارة الجلد وعمق الثلج) باستخدام انحدار شجرة القرار. تم تقييم جودة إشارة الرادار المدمجة من خلال حساب بيرسون ص، خطأ مربع متوسط الجذر (RMSE)، و RMSE النسبي (rRMSE) بين النطاق C وإشارات النطاق Ku المصححة في السنوات المتداخلة (1999–2001 و 2007–2009). حصلنا على قيم بيرسون عالية وقيم RMSE منخفضة في كل من المستويات الإقليمية (r ≥ 0.93، RMSE ≤ 0.16، rRMSE ≤0.37) ومستويات البكسل (متوسط r عبر البكسل ≥ 0.80، متوسط RMSE ≤ 0.38، متوسط rRMSE ≤ 0.64)، مما يشير إلى دقة عالية لإجراء دمج البيانات. ثم تم التحقق من صحة إشارة الرادار المدمجة باستخدام مجموعة بيانات ERS -2 المستمرة المتاحة بين عامي 1995 و 2011. توقفت ERS -2 عن العمل في الوضع الكامل بعد عام 2001 ولكن الملاحظات متاحة في بعض الأحيان لمجموعة فرعية من وحدات البكسل حتى عام 2011. نظرًا لأن الفترة 1995–2011 تتداخل تمامًا مع فترة عمل QSCAT (1999-2009)، فإن مقارنة إشارة الرادار المدمجة مع بيانات ERS -2 في 1995–2011 هي أكثر عمليات التحقق المباشرة المتاحة. وجدنا ديناميكيات شهرية متوافقة بين إشارات الرادار المدمجة وإشارات ERS -2 خلال الفترة 1995–2011، مع قيمة بيرسون تتراوح من 0.79 إلى 0.98 عبر المناطق. أثبتت هذه النتائج أن بيانات الرادار المدمجة لديها ديناميكية إشارة متسقة للنطاق C. من المتوقع أن تعزز مجموعة بيانات CScat (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20407857, TAO et al. 2022a) فهمنا للتغيرات طويلة الأجل في، على سبيل المثال، الغطاء النباتي العالمي ورطوبة التربة. سيتم تحديث مجموعة البيانات على أساس منتظم.Translated Description (French)
Résumé. La rétrodiffusion radar par satellite contient des informations uniques sur l'humidité de la surface terrestre, les caractéristiques de la végétation et la rugosité de la surface, et peut être acquise dans toutes les conditions météorologiques. Elle a donc été utilisée dans diverses disciplines des sciences de la Terre. Cependant, il n'existe pas d'ensemble unique de données radar mondiales couvrant plus de deux décennies. Cela a limité l'utilisation des données radar pour l'analyse des tendances sur de longs intervalles de temps. Nous fournissons ici le premier ensemble de données de rétrodiffusion radar par satellite à long terme (depuis 1992) et à haute résolution (~ 8,9 km) sur des zones terrestres mondiales, l'ensemble de données du scatteromètre en bande C (CScat), en fusionnant les signaux du satellite européen de télédétection (ERS, 1992–2001, bande C, 5,3 GHz), du scatteromètre rapide (QSCAT, 1999–2009, bande Ku, 13,4 GHz) et du scatteromètre avancé (ASCAT, depuis 2007, bande C, 5,255 GHz). L'écart de données de six ans entre l'ERS en bande C et l'ASCAT a été comblé en modélisant un signal en bande C équivalent entre 1999 et 2009 à partir des signaux QSCAT en bande Ku et des informations climatiques. À cette fin, nous avons d'abord redimensionné les signaux de différents capteurs, pixel par pixel, en utilisant une nouvelle méthode de redimensionnement des signaux qui est robuste aux observations de chevauchement limitées entre les capteurs. Nous avons ensuite corrigé les différences de signal mensuelles entre les signaux de la bande C et les signaux de la bande Ku mis à l'échelle, en modélisant les différences de signal à partir des variables climatiques (c.-à-d. précipitations mensuelles, température de la peau et épaisseur de la neige) à l'aide de la régression de l'arbre de décision. La qualité du signal radar fusionné a été évaluée en calculant l'erreur quadratique moyenne de Pearson (RMSE) et l'erreur quadratique moyenne relative (rRMSE) entre les signaux en bande C et en bande Ku corrigés au cours des années de chevauchement (1999–2001 et 2007–2009). Nous avons obtenu des valeurs de Pearson r élevées et des valeurs RMSE faibles aux niveaux régional (r ≥ 0,93, RMSE ≤ 0,16, rRMSE ≤0,37) et pixel (r médian sur pixels ≥ 0,80, RMSE médian ≤ 0,38, rRMSE médian ≤ 0,64), ce qui suggère une grande précision pour la procédure de fusion de données. Le signal radar fusionné a ensuite été validé avec un ensemble de données ERS-2 continu disponible entre 1995 et 2011. ERS-2 a cessé de fonctionner en mode complet après 2001, mais des observations sont parfois disponibles pour un sous-ensemble des pixels jusqu'en 2011. Étant donné que la période 1995–2011 chevauche entièrement la période de travail de QSCAT (1999–2009), la comparaison du signal radar fusionné avec les données ERS-2 en 1995–2011 est la validation la plus directe disponible. Nous avons trouvé une dynamique mensuelle concordante entre les signaux radar fusionnés et les signaux ERS-2 au cours de la période 1995–2011, avec une valeur de Pearson allant de 0,79 à 0,98 dans toutes les régions. Ces résultats ont mis en évidence que nos données radar fusionnées ont une dynamique de signal en bande C cohérente. L'ensemble de données CScat (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20407857, Tao et al. 2022a) devrait faire progresser notre compréhension des changements à long terme, par exemple, de la végétation mondiale et de l'humidité du sol. L'ensemble de données sera mis à jour régulièrement.Translated Description (Spanish)
Resumen. La retrodispersión del radar satelital contiene información única sobre la humedad de la superficie terrestre, las características de la vegetación y la rugosidad de la superficie, y se puede adquirir en todas las condiciones climáticas, por lo que se ha utilizado en una variedad de disciplinas de ciencias de la tierra. Sin embargo, no existe un único conjunto de datos de radar global que abarque más de dos décadas. Esto ha limitado el uso de datos de radar para el análisis de tendencias durante intervalos de tiempo prolongados. Aquí proporcionamos el primer conjunto de datos de retrodispersión de radar satelital a largo plazo (desde 1992) y de alta resolución (~ 8,9 km) en áreas terrestres globales, el conjunto de datos del dispersómetro de banda C (CScat), mediante la fusión de señales del satélite europeo de teledetección (ERS, 1992–2001, banda C, 5,3 GHz), el dispersómetro rápido (QSCAT, 1999–2009, banda Ku, 13,4 GHz) y el dispersómetro avanzado (ASCAT, desde 2007, banda C, 5,255 GHz). La brecha de datos de seis años entre ERS de banda C y ASCAT se llenó modelando una señal de banda C equivalente durante 1999–2009 a partir de señales QSCAT de banda Ku e información climática. Con este propósito, primero reescalamos las señales de diferentes sensores, píxel por píxel, utilizando un nuevo método de reescalado de señales que es robusto para limitar la superposición de los sensores. Luego corregimos las diferencias de señal mensuales entre la banda C y las señales de banda Ku escaladas, modelando las diferencias de señal de las variables climáticas (es decir, precipitación mensual, temperatura de la piel y profundidad de la nieve) utilizando la regresión del árbol de decisión. La calidad de la señal de radar fusionada se evaluó calculando la r de Pearson, el error cuadrático medio (RMSE) y el RMSE relativo (rRMSE) entre la banda C y las señales corregidas de la banda Ku en los años superpuestos (1999–2001 y 2007–2009). Obtuvimos valores altos de r de Pearson y valores bajos de RMSE tanto a nivel regional (r ≥ 0,93, RMSE ≤ 0,16, rRMSE ≤0,37) como a nivel de píxeles (mediana de r en píxeles ≥ 0,80, mediana de RMSE ≤ 0,38, mediana de rRMSE ≤ 0,64), lo que sugiere una alta precisión para el procedimiento de fusión de datos. La señal de radar fusionada se validó con un conjunto de datos ERS-2 continuo disponible entre 1995 y 2011. ERS-2 dejó de funcionar en modo completo después de 2001, pero las observaciones están disponibles ocasionalmente para un subconjunto de los píxeles hasta 2011. Debido a que el período de 1995–2011 se superpone completamente con el período de trabajo de QSCAT (1999–2009), comparar la señal de radar fusionada con los datos de ERS-2 en 1995–2011 es la validación más directa disponible. Encontramos dinámicas mensuales concordantes entre las señales de radar fusionadas y las señales ERS-2 durante 1995–2011, con un valor r de Pearson que oscila entre 0,79 y 0,98 en todas las regiones. Estos resultados evidenciaron que nuestros datos de radar fusionados tienen una dinámica de señal de banda C consistente. Se espera que el conjunto de datos de CScat (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20407857, Tao et al. 2022a) avance en nuestra comprensión de los cambios a largo plazo en, por ejemplo, la vegetación global y la humedad del suelo. El conjunto de datos se actualizará periódicamente.Files
essd-2022-264.pdf.pdf
Files
(5.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:0436c76289a28374fbb63ad1b5805fb0
|
5.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الرد على RC1
- Translated title (French)
- Réponse sur RC1
- Translated title (Spanish)
- Responder en RC1
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4296764277
- DOI
- 10.5194/essd-2022-264-ac1