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Enregistrement W4413463179 · doi:10.1016/j.rse.2025.114987

A more precise retrieval of sun-induced chlorophyll fluorescence from satellite data using artificial neural networks

2025· article· en· W4413463179 sur OpenAlexaff
Dong Li, Jing M. Chen, Grégory Duveiller, Christian Frankenberg, Philipp Köhler, Kang Yu

Notice bibliographique

RevueRemote Sensing of Environment · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueWater Quality Monitoring and Analysis
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesEuropean Research CouncilOffice of ScienceHorizon 2020 Framework ProgrammeNational Natural Science Foundation of ChinaEuropean CommissionU.S. Department of Energy
Mots-clésRemote sensingSatelliteArtificial neural networkChlorophyll fluorescenceFluorescenceComputer scienceEnvironmental scienceChlorophyll aArtificial intelligenceGeologyPhysicsOpticsAstronomyBotanyBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In recent years, sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) retrieved from satellite platforms has been demonstrated to be a good proxy of gross primary production (GPP). However, existing data-driven methods based on singular value decomposition (SVD) commonly lead to high retrieval noise for single SIF observations, given the fact that SIF often has a low signal-to-noise ratio. Spatial and/or temporal aggregation has typically been used to reduce these noises. Such aggregation may diminish the effective spatial and/or temporal resolutions of current SIF products but potentially exacerbate uncertainty in interpreting SIF data. To address this issue, this study proposes a more precise data-driven method for retrieving SIF using an artificial neural network (ANN), which was trained using spatially aggregated SIF as the response variable and radiance in the spectral region of 743–758 nm as the explanatory variable. The feasibility of the ANN-based SIF retrieval method was first demonstrated using model simulations based on SCOPE and MODTRAN. Then, the ANN models were trained using OCO-2/3 SIF and TROPOMI radiance after careful matching of the overpass time and “sun-target-viewing” geometry. OCO-2/3 SIF, retrieved using high-spectral-resolution data within a narrow spectral window, is considered accurate and OCO-2 SIF was further validated by airborne SIF measurements. The resulting ANN model led to a high retrieval accuracy for SIF with an R 2 of 0.85 and an RMSE of 0.217 mW∙m −2 ∙nm −1 ∙sr −1 . Finally, the ANN-based method was adopted to produce the global TROPOMI SIF from May 2018 to December 2024. Assuming that the RMSE is representative of the average retrieval noises of single ANN-based SIF, the retrieval noises of ANN-based TROPOMI SIF were approximately half of the reported noises of SVD-based TROPOMI SIF. The advantage of the low retrieval noise of ANN-based SIF was proven in interpreting the seasonal patterns of SIF and estimating GPP compared with SVD-based SIF. This study provides a new insight into SIF retrieval, and the resulting ANN-based SIF product would contribute to better global carbon cycle observations. • Satellite SIF retrieved via singular value decomposition contains significant noise. • We develop a method for retrieving SIF using an artificial neural network (ANN). • The ANN-based method clearly reduces the retrieval noise of TROPOMI SIF. • ANN-based SIF enhances interpretation of seasonal SIF patterns and GPP estimation. • A more precise global TROPOMI SIF product from 2018 to 2024 is provided.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,663
Score d'incertitude au seuil0,896

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,054
Tête enseignante GPT0,286
Écart entre enseignants0,232 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations7
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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