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高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)數字高(gao)程模(mo)型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）可提(ti)供精準的(de)基礎地(di)理(li)數據(ju)(ju)，因(yin)此在(zai)全(quan)(quan)球氣候變化、海洋(yang)(yang)潮汐運(yun)動(dong)、地(di)球球體物(wu)質交換等(deng)研究領域發揮著至關重要的(de)作(zuo)用。高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)全(quan)(quan)球海洋(yang)(yang)DEM是海洋(yang)(yang)地(di)質和海洋(yang)(yang)測繪的(de)前沿(yan)分支，為了解海底(di)構造運(yun)動(dong)、海底(di)演(yan)化過程提(ti)供直接依據(ju)(ju)。但由于技術限制和測繪成(cheng)本等(deng)原因(yin)，獲得高(gao)分辨(bian)(bian)率(lv)全(quan)(quan)球海洋(yang)(yang)DEM代價高(gao)昂。
2022年12月(yue)，清(qing)華大學(xue)地球系統科學(xue)系黃小猛教授(shou)科研團隊在《科學(xue)通報》（Science Bulletin）上發(fa)(fa)表題為“3弧秒(miao)(miao)全球DEM數據集的超分辨(bian)(bian)率(lv)重建”（Super-resolution reconstruction of a 3 arc-second global DEM dataset）的論文，發(fa)(fa)布了全球3弧秒(miao)(miao)（90 m）分辨(bian)(bian)率(lv)海(hai)洋和陸地DEM數據產(chan)品（GEBCO_2021）。
該研究基于30 m分(fen)辨率的(de)(de)(de)(de)美(mei)國(guo)國(guo)家航(hang)空航(hang)天局(NASA)DEM衛星影像、聯合國(guo)政(zheng)府間海洋學委(wei)員會的(de)(de)(de)(de)450 m分(fen)辨率GEBCO_2021公開數據和部分(fen)區域(yu)高分(fen)辨率海洋地形數據，采用深度殘(can)差(cha)預訓(xun)練神(shen)經(jing)網(wang)絡和遷移學習（Transfer Learning）相結合技(ji)術，構(gou)建(jian)了適用于全球(qiu)(qiu)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)DEM-SRNet模型，制作(zuo)了全球(qiu)(qiu)3弧(hu)秒(miao)（90 m）分(fen)辨率的(de)(de)(de)(de)海陸DEM產品GDEM_2022。
圖1 全球海陸DEM數據集構建技術框架
與目前(qian)廣(guang)泛采用的(de)(de)基于(yu)插值或者其他深度(du)學(xue)習超分(fen)方(fang)法對比(bi)，所(suo)構建模型結果均優于(yu)同類方(fang)法。與基于(yu)插值的(de)(de)傳(chuan)統方(fang)法相(xiang)比(bi)，GDEM_2022產品的(de)(de)RMSE指標平均提(ti)升(sheng)23.75%。通過對比(bi)GDEM_2022與GEBCO_2021，發現GDEM_2022在清(qing)晰度(du)和細節方(fang)面優于(yu)GEBCO_2021。該研究提(ti)出(chu)的(de)(de)深度(du)學(xue)習超分(fen)辨率(lv)DEM可以(yi)大大減少必要測(ce)量的(de)(de)海域或點的(de)(de)數量，很好地(di)(di)補(bu)充了海底的(de)(de)精細測(ce)繪和全球(qiu)高分(fen)辨率(lv)海陸DEM地(di)(di)形圖的(de)(de)構建。
圖2 3弧秒（90 m）全(quan)球DEM數(shu)據集GDEM_2022
該成果可以滿足不同(tong)領域和不同(tong)層次對海洋測深數據的需求，為不同(tong)地(di)形(xing)(xing)復(fu)雜度下全球海陸(lu)重(zhong)(zhong)力場與地(di)形(xing)(xing)的關系、探索不同(tong)海陸(lu)構(gou)造單元的均衡(heng)機制以及海陸(lu)地(di)形(xing)(xing)對海洋潮流運(yun)動(dong)的影響等方面的研究提供重(zhong)(zhong)要支撐。
清華(hua)(hua)(hua)大(da)學(xue)(xue)地(di)學(xue)(xue)系博士后張(zhang)博為論文(wen)(wen)第一作者(zhe)(zhe)，清華(hua)(hua)(hua)大(da)學(xue)(xue)地(di)學(xue)(xue)系黃小猛教(jiao)(jiao)授為論文(wen)(wen)通訊(xun)作者(zhe)(zhe)，合作者(zhe)(zhe)包括清華(hua)(hua)(hua)大(da)學(xue)(xue)地(di)學(xue)(xue)系俞(yu)樂副教(jiao)(jiao)授、張(zhang)強教(jiao)(jiao)授和盧(lu)麾副教(jiao)(jiao)授、中國(guo)科學(xue)(xue)院空天信(xin)息創新(xin)研(yan)(yan)究(jiu)院洪丹楓研(yan)(yan)究(jiu)員、中國(guo)華(hua)(hua)(hua)為技術有(you)限公司于璠和王紫(zi)東、鵬程實(shi)驗室王杰副研(yan)(yan)究(jiu)員、西(xi)北工業大(da)學(xue)(xue)李(li)學(xue)(xue)龍教(jiao)(jiao)授和香(xiang)港(gang)大(da)學(xue)(xue)宮(gong)鵬教(jiao)(jiao)授。該研(yan)(yan)究(jiu)得(de)到了國(guo)家重(zhong)點研(yan)(yan)發(fa)計劃、國(guo)家自然科學(xue)(xue)基金和國(guo)家重(zhong)大(da)科技基礎設施項(xiang)目“地(di)球系統(tong)科學(xue)(xue)數值模擬裝置(zhi)”的支持。
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