基于波谱数据库先验信息的地表参数同化反演方法

我国典型地物波谱数据库的构建为地表参数反演提供了先验信息,而时间序列遥感观测数据则能够提供反演目标参数的动态变化信息．文中将描述植被冠层反射的遥感辐射传输模型与描述作物生长变化的过程模型结合,提出了综合利用时间序列遥感观测数据和波谱库所提供的参数先验信息对农作物生长过程中的关键结构参数叶面积指数（LAI）进行反演的方法．时间序列遥感观测数据能为目标参数LAI的反演提供更多信息,而作物生长模型的引入则能够对反演过程中LAI的变化趋势进行约束．实验结果表明,利用地物波谱库中提供的参数先验信息结合时间序列遥感观测数据,采用变分数据同化算法可以明显提高具有时间变化特征的地表目标参数反演精度．     

联合时序SBAS-InSAR与GACOS的青岛胶州湾大桥形变监测与分析

为解决SBAS-InSAR技术在获取水汽饱和度较高的海滨城市地表形变信息受大气影响严重的问题,本文选用23景Sentinel-1A SAR影像数据,联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型,监测得到2021年1月至2022年6月青岛胶州湾大桥的地表形变信息;利用线性模型和线性-温度模型分析了其形变特征及其温度影响。结果表明,桥梁整体的形变速率在可控范围之内,其地表形变过程是非线性的,与平均温度变化有较高的相关关系,线性-温度模型拟合的地表形变过程与联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型监测的地表形变过程具有较高一致性,表现出了季节性变化规律。     

电厂燃气轮机热参数故障的监测标准

通过分析上海闸北电厂燃气轮机监测数据发现,1年中大气温度和功率的变化使得热参数监测标准难以选取.为了找出与大气温度变化、功率变化无关的热参数监测标准,从方差入手,采取时间序列模型方差均值方式对运行数据进行了分析.结果表明,用时间序列模型求出的方差基准线不随大气温度变化而变化,采用满负荷工况监测可以显示出现故障时性能变化最大的数据.在有故障发生时,通过时间序列模型求得的各监测数据的方差将会超过警戒线而报警,从而可以起到监测作用.     

6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

陆面产品的全球陆表变化示范研究

该研究目标是对项目生成的长时间序列遥感数据产品进行全球陆表变化的特征分析,并开展对该产品在地球系统模式模拟中的应用示范研究。(1)分析了遥感全球陆表特征参量的时空特征及变化趋势;(2)研究植被叶子物候特征与碳积累的变化,建立了基于叶面积指数的叶子物候的统计模型;分析物候的空间特性,包括全球分布格局、物候日期的全球分布特征及区域尺度的分布特征;进行物候数据在全球变化研究的应用示范等;(3)进行了陆表特征参量产品在地球系统模式中的应用示范。利用GLASS数据集进行陆表-大气耦合模式模拟,研究其对地表气温、对流层气温、降水等气候因素的多年平均值、变化趋势、年际变化等的影响,发现应用可体现植被长期演变的GLASS数据集后,可明显改善对模拟地表气温的变化趋势及年际变化等的模拟。     

全球陆表特征参量产品生成系统与产品生产

863计划重点项目"全球陆表特征参量产品生成与应用研究"第三课题"全球陆表特征参量产品集生成系统研发与产品生成"针对叶面积指数、反照率、发射率、下行短波辐射和下行光合有效辐射5个典型陆表特征参量,发展基于多源遥感数据的、具有国际先进水平的全球陆表特征参量产品反演算法。建立具有我国自主知识产权的,生产全球公里级尺度产品的生产系统,该系统能够进行快速处理得到符合质量要求的典型参量产品。生成一套长时间序列、高精度的全球陆表特征参量产品数据集,包含迄今为止时间尺度最长的叶面积指数、地表反照率和发射率产品,也包含空间分辨率最高的两种辐射产品。生产的5种陆表特征参量是反映地表植被状况和地表能量收支变化的重要参数,是中国科学家自主生产的首套全球陆表特征参量产品,弥补了我国该领域内的空白,将直接服务于全球变化研究,提升气候系统模拟的准确性,扩大我国在全球变化领域的影响力,促进全球地球观测数据共享。     

基于TIMED/SABER卫星温度数据对大气经验模型的评估

以TIMED/SABER观测的2002–2016年共计15年的全球温度数据为标准,与USSA-76及NRLMSISE-00模式温度数据对比分析.通过计算大气模式与卫星观测的温度偏差、温度偏差的标准差及均方根误差,分析两种大气模型的适用性.通过设置模式与卫星观测温度偏差,计算不同纬度地区温度偏差要求下模式的置信度.结果表明:(1)两个大气模型计算的温度数据与卫星观测的温度数据随高度的变化具有较好的一致性;(2) NRLMSISE-00模式的日平均和月平均精度高于USSA-76模式;(3)两个大气模式在冬夏季高纬地区及中纬地区UMLT高度表征真实大气的能力有待提高, NRLMSISE-00模式表征真实大气的能力整体优于USSA-76模式;(4)同一模式在相同纬度地区和温度偏差要求下,置信度随着高度的升高而降低;相同的高度和温度偏差要求下,置信度随着纬度的升高而降低.通过分析USSA-76和NRLMSISE-00模式与卫星观测数据之间的差异,对大气模式在工程中的应用提供参考,为大气模式的后续修正提供依据.     

全球多源对地观测数据集成研究

"全球多源对地观测数据集成研究"收集了1981年以来全球10多种卫星原始数据、6种卫星高级数据产品、气象生态台站网络和各种地面观测数据,并在此基础上对所收集的数据进行整理和格式转换,该题经统计、收集、整理和汇编总量近600TB的卫星遥感数据。采用时间序列方法,辅以时空先验知识和时空连续性,实现全球多年MODIS和AVHRR地表反射率数据云雪监测和时空滤波,生成多年时空连续的高质量地表反射率数据。针对全球陆表特征参量产品生产的原始数据、预处理数据、中间产品数据和产品数据,客观地进行数据的分级和编目,构建全球陆表特征参量数据集成平台,实现数据全生产链路有效性检测和数据完整性检测。建立陆表特征参量产品在线分发服务系统,并于2012年12月22日在地球观测组织(Group on Earth Observations,GEO)第9次全会上面向全球用户公开发布。同时通过北京师范大学全球变化与数据处理中心和美国马里兰大学的Global Land Cover Facility向全球用户提供免费的数据查询、检索和下载服务。     

大气湍流间歇性对玉米花粉风扩散的潜在影响

现有研究成果已充分认识到大气湍流间歇性损耗将对大气边界层中颗粒物质的输送过程产生重要影响.然而,目前关于耗散间歇性对玉米花粉传播潜在影响的相关研究较为欠缺.基于拉格朗日随机模型,以耗散速率的时间变化为关键参量,定量地评估了大气湍流间歇性对玉米花粉传播的影响.数值分析结果表明,大气湍流间歇性能够增加花粉在花粉源附近及较远位置的分布几率;与稳定的大气条件相比,湍流间歇性对玉米花粉的传播,特别是对远距离传播能够产生更大的影响,且随着无量纲耗散率分布均方差的增加,长距离传播的统计物理量响应也将存在差异.研究表明,在复杂自然条件下,用一个特定的特征值或固定函数来描述玉米花粉的传播分布可能已不再适用,而需要找到一种更合理的描述方法.     

基于陆面过程模式的热红外卫星遥感影像模拟

遥感服务于气象、气候领域的一个关键环节就是建立地表过程模式与遥感数据之间的联系,利用过程模式的可靠输出参数来模拟卫星影像,并与真实的观测数据进行对比.本文建立了一个以通用陆面过程模式(CLM)相关参数为地表输入信息,以再分析大气廓线为大气输入信息的卫星影像模拟系统,以期通过模拟数据与真实卫星数据的比较,为模式背景场、强迫场的修订及预报精度的提高服务.模拟结果表明,对于由植被和土壤等组成的自然地表,模拟的热红外卫星信号主要取决于过程模式输出的地表温度,模拟的地表方向性辐射温度与模拟的大气层顶部表观辐射温度相关性高达0.99.模拟到的表观辐射温度与AVHRR影像对应的辐射温度差异比较大,最大值超过30 K,大多数像元温差分布在-20～20 K之间.温差在高海拔地区普遍比较大,这可能是由于CLM对高海拔地区的温度估计偏低导致的.     

Estimation of net surface shortwave radiation from land surface temperature in regional scale

The method to estimate NSSR (net surface shortwave radiation) from LST (land surface temperature) in regional scale is discussed. First, an elliptical model between the time series of normalized LST and NSSR was developed using the daily evolution of LST and NSSR. Second, time series of LST and NSSR were simulated by common land model (CoLM) and were proved to be of high accuracy. On the basis of these, a non-linear least square ellipse fitting using the genetic algorithm method was used to fit the normalized LST and NSSR. Finally, LST was inverted using MODIS (moderate resolution imaging spectroradiometer) data with the split-window algorithm, and the regional NSSR was then estimated with LST and an elliptical model. The validation result shows that the derived average NSSR of 50×50 pixels of MODIS data was quite close to the observed data, and the distribution was reasonable, which indicates that the proposed method was capable of estimating NSSR on a regional scale.     

青藏高原近地面层气象要素变化特征

利用第2次青藏高原气象科学实验(TIPEX)1998年5-7月改则、当雄和昌都3个大气边界层加强观测站获取的近地面层观测资料,分析了青藏高原西部、中部和东部地区近地面层风速、温度和湿度的日变化特征及其廓线规律,给出了青藏高原地区地表空气动力学参数和地表温度变化规律,讨论了高原近地面层湍流通量特征及逆湿现象。     

绿洲-荒漠过渡带陆面温度与地表能量关系分析

 以实测气象资料为基础,通过波文比能量平衡法对芨芨草地地表能量进行计算,深入探讨了不同天气条件下陆面温度变化规律及其与地表能量的关系特征,建立了适合新疆准噶尔盆地东南部绿洲 荒漠过渡带的陆面温度预测模型。结果表明：① 受不同天气地表能量特征差异的影响,晴天表层土壤（5 cm、10 cm、15 cm）温度变化呈“S”型曲线,雨天与晴天相似,只是振幅减小,而阴天呈直线下降特征。其中,晴天表层土温峰值出现时间由地表向下呈现每5 cm 2.5 h的滞后性。不论何种天气,40 cm及其以下深层土温几乎没有日变化。② 各地表能量分量与表层土壤温度均表现出相关系数值随土壤深度的增加而不断减小,至20 cm负相关性达到最大。③ 各能量分量对土壤温度的影响程度表现为：土壤热通量（G）最大,其次为净辐射（Rn）和感热（H）,潜热（LE）最小。④ 除H外,不同天气条件下各能量分量与土壤温度相关性均表现为晴天>平均>阴天>雨天,土温对能量变化的反应强度（回归系数）也大体表现出相同的规律。⑤ 经过检验的陆面温度预测模型表明：湿热性能量因子（LE）对干旱区绿洲 荒漠过渡带陆面温度的影响微弱。     

基于RS的陆面温度反演研究进展

陆面温度(LST)是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数,利用遥感方法反演陆面温度已经成为重要的获取陆面温度的途径.回顾了热红外遥感研究,阐述了地表温度反演原理,比较了2种主要的地表温度反演方法,并重点对针对Landsat TM数据的3种温度反演算法进行了对比.利用遥感研究地表温度将向着精确化的方向发展,如何利用反演出的精确地表温度将是更加重要的工作.     

Quantitative exploration of the mechanisms behind the urban thermal environment in Beijing

The driving mechanism behind the formation of urban thermal environments is the result of a combination of factors.Beijing was chosen as the study area,and the technique of principal component analysis (PCA) was used.A spatial regression method was also applied for quantitative explanation of the thermal mechanism.Multiple Landsat thematic mapper images were used to quantify potential causing factors.Considering the eigenvalues of each factor and its relationship with land surface temperature,the first three principal components (PCs) are regarded as the main causative factors explaining the mechanism as independent variables.The first three PCs mainly reflect urban construction,road density and the normalized difference vegetation index (NDVI),respectively.Ordinary least squares,spatial lag and spatial error regression models were established separately for the relationships between the first three PCs and land surface temperature (LST).In the two spatial regression models,z-statistics for both the spatial lag parameter (ρ) and spatial residual parameter (λ) are significant,indicating the necessity of using spatial regression to replace the OLS regression model,as well as indicating that the spatial error regression model is superior to the spatial lag regression model.Overall,the normalized difference builtup index (NDBI) and road density are the most significant positive contributions to LST.     

A kernel-driven model of effective directional emissivity fornon-isothermal surfaces

Land surface temperature (LST) is a key geophysical parameter that reflects the combined effects of land surface energy and radiation balance. Remote sensing of LST, however, requires understanding the directional patterns of thermal emission from heterogeneous land surfaces. Recently, semi-empirical, linear, kernel-driven models have been successfully used to describe observed directional patterns of land surface reflectance. Following a similar methodology and based on a recent model of the physics of directional thermal emission from heterogeneous land surfaces, a kernel-driven semi-empirical model for thermal emission is developed using three kernels: (i) an isotropic kernel, corresponding to the gray-body component in a heterogeneous pixel; (ii) a two-layer canopy kernel, derived from a previous conceptual model; and (iii) a geometric optical kernel that accounts for the fact that sunlit parts are hotter than shaded parts in a pixel. The three-kernel model fits 1997 airborne directional thermal brightness data over Avignon, France, very well.     

基于地表裸露度和地表反照率影响的喀斯特地区热环境变化分析

在自然和人为因素的影响下,喀斯特地区地表覆盖受到破坏,导致大面积地表裸露,同时影响着地表反照率的变化,进而引起周围地表温度发生改变。以典型喀斯特区域安顺市为例,基于大气校正法反演2006—2017年地表温度,并结合同时期的地表裸露度和地表反照率变化情况分析喀斯特地区热环境变化特征。结果表明:地表裸露度、地表反照率与地表温度在空间上整体变化趋势相一致,是影响地表温度的因素之一;在时间上呈持续下降趋势,地表裸露度总体下降了53%,地表反照率和地表温度分别下降了37.1%和2.4%,表明热环境得到有效改善;地表裸露度,地表反照率与地表温度均呈线性正相关,地表温度随着地表裸露度和地表反照率的增加而上升,反之,地表温度则会降低。     

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194s,水口两流之间的平均停留时间之差为97s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211s,水口两流之间的平均停留时间之差为34s,两流之间钢液温度差为3℃.     

系数为MA(q)的双重随机序列解的存在条件

本文导出了系数为MA(q)的双重随机序列模型解的平稳性条件.该条件比较简单.容易验证.同时还讨论了双重随机序列模型的一阶矩存在条件及模型存在条件,给出了系数为AR(P)时双重随机序列模型的参数估计.     

Observed increase in local cooling effect of deforestation at higher latitudes

Deforestation in mid- to high latitudes is hypothesized to have the potential to cool the Earth's surface by altering biophysical processes. In climate models of continental-scale land clearing, the cooling is triggered by increases in surface albedo and is reinforced by a land albedo-sea ice feedback. This feedback is crucial in the model predictions; without it other biophysical processes may overwhelm the albedo effect to generate warming instead. Ongoing land-use activities, such as land management for climate mitigation, are occurring at local scales (hectares) presumably too small to generate the feedback, and it is not known whether the intrinsic biophysical mechanism on its own can change the surface temperature in a consistent manner. Nor has the effect of deforestation on climate been demonstrated over large areas from direct observations. Here we show that surface air temperature is lower in open land than in nearby forested land. The effect is 0.85 ± 0.44 K (mean ± one standard deviation) northwards of 45° N and 0.21 ± 0.53 K southwards. Below 35° N there is weak evidence that deforestation leads to warming. Results are based on comparisons of temperature at forested eddy covariance towers in the USA and Canada and, as a proxy for small areas of cleared land, nearby surface weather stations. Night-time temperature changes unrelated to changes in surface albedo are an important contributor to the overall cooling effect. The observed latitudinal dependence is consistent with theoretical expectation of changes in energy loss from convection and radiation across latitudes in both the daytime and night-time phase of the diurnal cycle, the latter of which remains uncertain in climate models.