海洋所發(fā)布海洋水色基礎(chǔ)模型推動水色遙感智能化發(fā)展
近日,中國科學(xué)院海洋研究所李曉峰研究員團(tuán)隊基于全球衛(wèi)星觀測與實測資料,構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)的海洋水色基礎(chǔ)模型(Ocean Color Foundation Model,OCFM),實現(xiàn)了多種海洋水色參數(shù)的反演與精確估計。相關(guān)成果近日發(fā)表于地球科學(xué)和遙感領(lǐng)域期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing(SCI一區(qū),影響因子8.8)。
現(xiàn)有的海洋水色反演方法大多針對單一或少數(shù)變量,難以滿足對多變量和長期序列的研究需求。同時,隨著全球衛(wèi)星觀測資料的快速增長,區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)仍然有限,在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度、多參數(shù)的反演仍是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
本研究按照三個階段構(gòu)建了通用的深度學(xué)習(xí)水色參數(shù)反演模型OCFM:第一階段,利用NASA等機構(gòu)的大量衛(wèi)星產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練,使模型學(xué)習(xí)水色反演的基本特征;第二階段,結(jié)合全球范圍的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào),提升模型精度并接近真實的海洋狀態(tài);第三階段,模型應(yīng)用到新的水色變量,驗證模型對新水色變量反演的擴展能力。

圖1構(gòu)建OCFM的三個階段
研究結(jié)果顯示,OCFM 不僅能夠同時反演吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)、總?cè)~綠素 a、懸浮物濃度等多種海洋水色和生態(tài)變量,還具備輕量化運行的優(yōu)勢。憑借對水色參數(shù)的通用表征能力,模型在數(shù)據(jù)較少的情況下依然保持較高反演精度,展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和應(yīng)用潛力,為大規(guī)模、長期序列的海洋環(huán)境監(jiān)測提供了有效工具。

圖2 應(yīng)用于新水色參數(shù)反演,OCFM獲得的初級生產(chǎn)力的全球分布示例
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生楊藝,通訊作者為李曉峰研究員,合作者還包括王浩宇博士后。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的支持。
論文信息:
Y. Yang, H. Wang and X. Li*, "Deep Learning for Enhanced Ocean Color Remote Sensing: A Foundation Model Approach," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, doi: 10.1109/TGRS.2025.3600411.
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