绿洲-沙漠复合地表条件下的局地和有效粗糙度

地表空气动力学粗糙度是研究水平非均匀条件下陆面过程的基础,文中对黑河试验区各不同下垫面上地表空气动力学粗糙度进行了估算和分析,分别得到了地表空气动力学粗糙度ｚ０ｍ的有效值和局地值,发现各不同典型下垫面的局地ｚ０ｍ值明显不同,尤其在有作物存在时,绿洲的局地ｚ０ｍ值比沙漠、戈壁的值明显要大;而对同一测站,有效空气动力学粗糙度比局地空气动力学粗糙度值明显要大,运用应力分解理论对这种差异进行了解释,认为有效空气动力学粗糙度与复合表面的总应力有关,其代表了较大水平尺度内的表面和较高障碍物的综合作用,当涉及对陆表通量参数化问题时,必须首先确定水平尺度及相应的地表粗糙度参数     

遥感定量反演地表参数对于气候变化的响应研究

遥感定量反演地表参数时间序列产品已被广泛应用于植被动态变化、全球气候变化、防灾减灾及环境保护等领域。由于卫星观测往往受到大气条件（如云、气溶胶、水汽等）以及传感器自身稳定性的影响等,许多由卫星观测反演得到的陆表产品,如归一化差值植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）、地表温度（LST）、微波极化亮温（PDBT）等存在严重的时空不连续问题。为了获取时间序列上连续、空间上完整的地表参数遥感产品以满足长时序的陆面过程分析与建模的需求,目前已发展多种遥感时间序列重建模型。本文介绍了基于傅里叶变换的时间序列谐波分析（HANTS）方法,能够识别并去除受到云和大气影响的像元（噪声）,对原始时序数据进行时间插值来重建连续时间序列的数据,并针对其面向多种不同时空尺度的遥感反演地表参数以及在非洲、南美洲、欧洲、中国及印度等全球不同地区的应用研究进行了综述,包括植被动态变化对于气候变化及流域水循环过程的响应、干旱监测、基于土壤含水量饱和度时间序列分析的洪涝灾害易发区监测、遥感估算地表蒸散发时间尺度扩展等方面的研究,充分阐释了遥感时间序列产品在地气相互作用的各类研究领域的应用。     

遥感土壤水分对蒸散发估算的影响

地表实际蒸散发是联系陆表水循环、能量平衡和碳收支等物理过程的重要生态水文变量,同时也是目前水循环研究中的薄弱点,定量化土壤水分对蒸散发的胁迫作用是估算地表蒸散发的一个关键过程和难点。本研究基于2018年9月闪电河流域水循环与能量平衡遥感综合试验星—机—地联合观测数据,采用机载观测和卫星遥感反演土壤水分输入到ETMonitor模型估算地表实际蒸散发,在时间和空间两个维度上评估不同土壤水分产品对蒸散发估算的影响。从时间变化上来说,与地面观测蒸散发时间序列相比,基于ESA CCI (European SpaceAgency Climate Change Initiative)融合土壤水分产品、SMAP (Soil Moisture Active and Passive)土壤水分产品和国产风云三号气象卫星(FY-3C)土壤水分产品估算的蒸散发最接近地面站点观测蒸散发,而基于ASCAT (TheAdvanced Scatterometer)和SMOS (Soil Moisture Ocean Salinity)土壤水分估算蒸散发分别明显的高于和低于地面观测蒸散发。从空间分布上来说,利用卫星反演土壤水分估算的蒸散发与基于机载观测土壤水分估算蒸散发具有一致的空间分布,能较好地反映该区域地表蒸散的空间分布格局,其中基于SMAP和SMOS土壤水分估算蒸散发与基于机载观测土壤水分估算蒸散发空间一致性最好。本研究评估遥感反演土壤水分对蒸散发影响,对区域及全球遥感蒸散发估算和土壤水分产品评估具有一定的指导意义。     

源项对FLEXPART模式模拟福岛核事故放射性物质长距离传输的影响

对包括拉格朗日粒子模式在内的大气扩散模式,提供准确的源项有助于获取更好的模拟结果。以日本福岛核电站2011年3月发生的核泄漏事故为研究对象,采用日本原子能机构Terada源项以及挪威大气研究所Stohl源项,利用FLEXPART(FLEXible PARTicle dispersion mode)模拟了放射性物质137Cs在全球大气中扩散传输的过程,并利用大气辐射监测数据讨论了基于两种源项模拟烟云的时空分布特征,探讨了源项对模拟结果的不确定性影响。结果显示:Terada源项及Stohl源项之间释放总量、释放速率、释放高度等虽然略有差别,但总体趋势描述相似,使得基于两源项的模拟烟云的扩散过程及影响区域基本一致。两模拟烟云在中纬度西风带作用下,均表现为自西向东扩散,经过太平洋、美洲大陆、欧洲,最后在整个北半球传输。基于两源项在亚洲—太平洋及北美大陆等近距离的模拟烟云的首次到达时间与首次监测时间吻合度较好,在全球尺度上基于Stohl源项的模拟在首次到达时间方面表现更优。其次,基于两源项进行全球尺度的模拟,近距离站点的模拟效果优于远距离站点模拟效果,且基于Stohl源项的模拟精度较好,Terada源项可能存在低估。另外模式进行全球尺度的模拟时,针对不同粒子数目对模拟结果的影响进行了分析,发现粒子数目的多寡对模拟精度有所影响,也影响模拟烟云扩散后期的疏密程度。     

干旱区热力学粗糙度特征及对感热通量估算的影响

利用ＨＥＩＦＥ的实测资料估算了黑河实验区几个沙漠戈壁表面上的热力学粗糙度（以附加阻尼ｋＢ＾－１的形式）,发现在任一测站ｋＢ＾－１值的变化范围较大,同时分析了附加阻尼项在估算感热通量时的作用,而忽略该附加阻尼将会导致对感热通量的明显高估,提出在利用阻尼型公式计算感热通量时,不能采用简单的ｚ０ｍ＝ｚ０ｈ的假设,否则会带来较大误差。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。     

闪电河流域农牧交错带微波遥感土壤水分产品评价

空间网格分辨率为9 km的SMAP (Soil Moisture Active and Passive)、0.1D (Degree)的ASCAT (The Advanced Scatterometer)、 25 km的FY-3B以及25 km ESA-CCI (European Space Agency-Climate Change Initiative)是较为广泛应用的卫星遥感土壤水分产品,对数据质量的评价是进一步应用于旱情监测、蒸散发估算等研究的前提。本研究基于2018年9月在闪电河流域内蒙古农牧交错带区域开展的碳、水循环与能量平衡遥感综合试验,采用近似同步的两种尺度观测数据即点尺度地面实测土壤水分数据以及面尺度(1 km×1 km)机载土壤水分数据,利用RMSE (Root Mean Square Error), MAE (Mean Absolute Error),R (Correlation Coefficient),Bias以及ubRMSE (unbiased Root Mean Square Error)等评价指标分别对SMAP, ASCAT, FY-3B, ESA-CCI土壤水分卫星遥感产品进行了评价。本研究利用机载土壤水分数据作为桥梁,实现了从点尺度地面实测土壤水分数据、至面尺度(1 km×1 km)机载土壤水分数据、再至粗格网面尺度(9 km×9 km、0.1 D×0.1 D、25 km×25 km)卫星遥感土壤水分产品的对比分析过程。利用地面观测值对机载观测土壤水分开展评价分析,发现在裸土区域,机载土壤水分数据与地面实测数据较为一致,RMSE, MAE, Bias, ubRMSE以及R值分别为0.033 cm~3/cm~3,0.030 cm~3/cm~3,-0.004 cm~3/cm~3, 0.033 cm~3/cm~3, 0.474。对卫星土壤水分产品的评价结果显示,SMAP的9 km土壤水分卫星产品与地面观测更为一致,其RMSE,MAE,Bias,ub RMSE以及R值分别为0.037 cm~3/cm~3,0.032 cm~3/cm~3,-0.008 cm~3/cm~3, 0.036 cm~3/cm~3, 0.507。SMAP, ASCAT, FY-3B以及ESA-CCI与机载土壤水分数据有更高的相关性,R值分别为0.735, 0.558, 0.558, 0.575。综上,闪电河流域实验区内的4种卫星遥感土壤水分产品中,SMAP产品与地面土壤水分、机载土壤水分数据均较为一致,其次是FY-3B与ESA-CCI。     

采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采影响的试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。     

高分遥感共性产品生成和真实性检验技术体系

随着高分辨率对地观测系统重大专项的成功实施，GF-1—GF-7七型卫星共19种主要载荷发射升空，形成了中国遥感卫星多谱段、多模式的观测能力，可为各种科研和行业遥感应用提供源源不断的高空间、高时间和高光谱分辨率的高质量遥感数据。如何打通高分卫星遥感数据到信息的转换链，降低高分卫星数据应用门槛、提升高分卫星应用服务成效已成为急需破解的迫切问题。遥感定量产品的误差来源包括传感器成像、几何与辐射定标、数据预处理、定量反演与产品检验等各个环节，提高定量遥感产品精度是一个复杂的系统工程，各行业应用部门和多领域用户难以独立完成全流程数据处理、产品生产和检验。本文在分析高分卫星遥感产品体系的基础上，针对多用户共同需求，梳理了7大类共45种共性定量遥感产品；从全链条误差溯源和质量检验需要出发，提出了高分遥感共性产品生成和检验的技术体系，分析了算法测评—算法优化—产品生产—真实性检验等环节面临的关键技术；进而提出了高分遥感共性产品真实性检验平台与产品定型分系统的初步设计方案，并介绍了系统研发的最新进展；最后对高分共性产品应用前景进行了展望，构建高分遥感共性产品生成与真实性检验技术体系，对于保障高分卫星遥感...