VIIRS 夜间灯光的时空特征刻画

Suomi NPP 卫星上的 VIIRS 昼夜波段传感器提供了近十年的夜间灯光观测。每日采样频率，没有年度合成的时间平均，要求区分与成像过程相关的成像夜间灯光的表观变化与所成像灯光底层光源的实际变化。本研究刻画了多个空间与时间尺度上的夜间灯光变率，为亚年与年际时间尺度上变化的解读提供背景。该分析结合了时间矩、空间相关与经验正交函数（EOF）分析。一个关键结果是 VIIRS 月平均夜间灯光普遍存在的异方差性。具体而言，时间变率随平均亮度的增加而单调下降。人为夜间灯光在亚年时间尺度上异常稳定。由时空协方差矩阵特征值得出的总体方差划分在地球上最具多样性的地理区域（欧亚大陆）中，空间、季节与年际方差分别占 88%、2% 与 2%。所有区域在所有月份均存在异方差性，表明即便不是大部分、也有许多观测到的月际变率可能源于原本稳定光源的亮度受到随时间变化的成像过程多方面因素的影响。鉴于所有夜间灯光因亮源的径向外围变暗而产生的偏态分布，即便使用阈值的聚合度量也必须结合以下事实解读：数量大得多但变率更高的低亮度像素可能在统计上压倒数量较少的稳定高亮度像素，并导致与成像过程相关的表观变化被解读为光源的实际变化。