A Multiscale Deep Learning Model for Soil Moisture Integrating Satellite and In Situ Data

缩小尺度 卫星 环境科学 遥感 原位 地球观测 含水量 均方误差 卫星图像 气象学 计算机科学 地质学 数学 地理 统计 降水 工程类 航空航天工程 岩土工程
作者
Jiangtao Liu,Farshid Rahmani,Kathryn Lawson,Chaopeng Shen
出处
期刊:Geophysical Research Letters [Wiley]
卷期号:49 (7) 被引量:2
标识
DOI:10.1029/2021gl096847
摘要

Deep learning (DL) models trained on hydrologic observations can perform extraordinarily well, but they can inherit deficiencies of the training data, such as limited coverage of in situ data or low resolution/accuracy of satellite data. Here we propose a novel multiscale DL scheme learning simultaneously from satellite and in situ data to predict 9 km daily soil moisture (5 cm depth). Based on spatial cross-validation over sites in the conterminous United States, the multiscale scheme obtained a median correlation of 0.901 and root-mean-square error of 0.034 m3/m3. It outperformed the Soil Moisture Active Passive satellite mission's 9 km product, DL models trained on in situ data alone, and land surface models. Our 9 km product showed better accuracy than previous 1 km satellite downscaling products, highlighting limited impacts of improving resolution. Not only is our product useful for planning against floods, droughts, and pests, our scheme is generically applicable to geoscientific domains with data on multiple scales, breaking the confines of individual data sets.
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