利用NOAA／AVHRR影像资料估算积雪量的方法探讨

结合实际考察的各种资料数据,在我们以往研究的理论技术、估算用数学模型和应用程序的基础上,提出和论述了估算航卫遥感影像信息中积雪量的整套计算机分析流程和处理新方法,并在技术措施和适用性上,进一步进行了验证、增补和修改。在时间上对不同年份而在同一季节时期局部地区的遥感积雪资料进行相对量的结果分析和比较,给出了一些实际数据图表。     

基于HJ-1B卫星数据的积雪面积制图算法研究

积雪是影响气候变化的重要因子, 采用更高时空分辨率的环境减灾卫星遥感数据进行积雪制图算法的研究, 对推进我国自主遥感卫星在积雪监测领域的应用具有重要意义. 采用环境减灾HJ-1B卫星数据, 以青海省果洛藏族自治州达日县为研究区, 应用归一化差值积雪指数(NDSI)法建立了基于HJ-1B卫星数据的积雪面积制图算法, 并比较MODIS与HJ-1B积雪图精度. 结果表明: 研究区HJ-1B积雪制图合理的NDSI阈值为0.37, 总分类精度达到97.97%; 与"真值"影像比较, HJ-1B积雪图K_hat系数为0.911, 高于MODIS的0.817. 说明该研究建立的基于HJ-1B积雪制图算法精度可靠, 适合对研究区积雪进行实时动态监测. HJ-1B更高的空间分辨率对提高研究区积雪覆盖面积监测精度具有重要的使用价值, 但是地形因素是影响HJ-1B数据积雪分类精度的一个重要原因, 随着坡度的增加, 分类误差也随之增大, 尤其是多测误差增加比较显著.     

基于不同土地覆盖类型NDSI阈值优化下的青藏高原积雪判别

美国国家雪冰数据中心（NSIDC）发布的MODIS第6版本逐日积雪范围产品（V6）仅提供了归一化积雪指数（NDSI）,而用户往往关心的是积雪范围或积雪覆盖率。NSIDC推荐全球积雪范围最佳的NDSI阈值为0.4,但是青藏高原地形复杂,积雪斑块化特征明显,单一的NDSI阈值并不能精确地判识不同下垫面上的积雪。不同的土地覆盖类型可能影响积雪判别的NDSI阈值。以青藏高原为研究对象,基于高分辨率卫星Landsat-5 TM数据,获取了青藏高原不同土地覆盖类型下判识积雪的最优NDSI阈值。结果表明,在草地和稀疏植被地表类型下,最优NDSI阈值分别为0.33和0.40;在其他下垫面类型下,最优NDSI阈值为0.47。以Landsat 8 OLI数据为"真值"对该NDSI阈值确定的积雪范围进行了精度检验。结果表明,采用新的NDSI阈值获取的MOD10A1 V6积雪范围产品的总体精度OA、错分误差OE和漏分误差UE分别为87.88%、5.20%和6.87%。而采用传统的0.4阈值时,其OA、OE和UE分别为87.36%、3.98%和8.60%。这表明考虑不同土地覆盖类型下的NDSI阈值优化可以有效地提高青藏高原积雪判别精度,特别是对占比面积较大的草地区域,通过NDSI阈值优化可以更加准确地识别积雪范围。     

NOAA16卫星积雪识别和参数提取

通过对积雪、地物和云进行光谱分析,指出传统的NOAA-AVHRR可见光和近红外波段进行云雪识别存在困难,而雪在红外波段的低反射性特点是区分云雪的一个可行途径.利用NOAA16气象卫星新增的1.6μm红外波段,对中国北方冬季的卫星积雪图象进行识别,结果显示,云雪可以准确区分.同时,提出了利用AVHRR资料估算积雪面积、积雪深度和积雪时间的方法,并对积雪深度进行了精度检验.     

FY-3 A/MERS I积雪制图中NDS I指标建立及积雪判识模型研究 ——以祁连山区为例

我国新型自主的极轨气象卫星风云3号A星（简称FY-3A）上搭载的中分辨率光谱成像仪（MERSI）为大面积雪监测提供了新的遥感数据源。以中国西北祁连山区为例,分析FY-3A/MERSI传感器积雪与其它地物的图谱特征差异,建立了适用于FY-3A/MERSI的归一化差分积雪指数（NDSI）,以此为基础,构建了综合利用多光谱判别指标及土地覆盖类型（LULC）定类辅助的积雪判识模型,生成250 m分辨率的日积雪制图产品。模型通过逐步逼近的树状判别结构,去除了易和积雪混淆的部分乔木林、云、云阴影、水体、湖冰、沙（盐）地等地物,并提出应考虑积雪下覆地表特性的影响,调整设定不同LULC类型的积雪判别阈值约束,实时结合区域LULC影像进行积雪的最终判定与优化。对祁连山区2010-2011年积雪季FY-3A/MERSI影像的积雪制图应用结果表明,该资料能够客观精细地反映积雪的空间分布与动态发展过程。同时利用气象台站积雪观测记录及Terra/MODIS积雪判识结果进行对比验证,结果表明基于FY-3A/MERSI建立的积雪判识模型具有较高的精度和稳定性,特别是提高了云雪区分的效能。     

基于多源数据的西藏地区积雪变化趋势分析

利用1980—2009年气象台站的观测数据、 北半球NOAA周积雪产品和2001—2010年500 m分辨率的EOS/MODIS积雪产品等多源资料, 从不同角度对近30 a来西藏区域积雪变化趋势进行了分析. 结果表明: 不同资料分析均显示, 近30 a来西藏地区积雪不断减少, 尤其以近些年较为明显. 近30 a积雪日数、 最大积雪深度总体上呈现下降趋势, 尤其是进入21世纪以来, 下降趋势非常明显. 从秋冬春季节的积雪变化趋势来看, 冬、 春两季的积雪在减少, 而秋季在增多, 这些变化趋势都与各季节的气温和降水密切相关. NOAA资料显示, 近30 a来西藏地区的积雪覆盖面积正在逐步减少; 季节变化略有不同, 春、 秋两季略呈上升趋势, 冬、 夏两季在减少, 且夏季减少趋势较明显. MODIS资料分析表明, 近10 a来西藏地区的积雪总体呈下降趋势, 尤其是2007年下半年开始下降明显. 秋季的积雪在增加, 冬、 春、 夏三季的积雪趋于减少, 且春季的下降趋势最明显, 其次为冬季, 夏季的减少幅度最小. 不同海拔的积雪都有减少趋势, 最明显的是海拔4 000~5 000 m的积雪, 其次是海拔5 000~6 000 m段. 按地理区域分析, 近10 a来西藏东、 西、 中3个区域的积雪都呈减少趋势, 其中西部的下降趋势最明显, 其次为中部, 东部相对较稳定.     

基于不同积雪日定义的积雪资料比较分析

利用天气现象定义与积雪深度定义两种方法对全国884个台站的积雪日资料进行统计处理, 分别整理出每一台站各个积雪年的积雪日数、积雪深度、 初终雪间隔日数3个要素的两套数据, 并进行对比分析. 结果表明: 在全国东部大部分地区及新疆地区, 两种数据差别不大, 但在东北及青藏高原两套数据的差别较大. 在积雪日数的比较中, 两种数据在东北及青藏高原的差别基本都在10 d以上, 积雪深度的差别在0.4 cm以上, 初终雪间隔日数的差别以青藏高原最明显, 大部分地区的差别在15 d以上, 甚至有达到30 d以上的区域. 对青藏高原东北边坡代表站的积雪平均值进行M-K突变检验发现, 积雪深度定义的积雪日数与间隔日数减少趋势略大于天气现象定义统计的数值;而在积雪深度的比较中则相反. 两种定义的积雪间隔日数均在1987年出现突变.     

基于EOS/MODIS的新疆积雪监测

积雪是新疆水资源的重要组成部分,是环境变化的重要因子,其动态变化监测意义重大.利用EOS-MODIS地球观测卫星接收数据,选择新疆13个地州(区、市)为监测对象,对2002年1月至2003年11月EOS/MODIS卫星近2500条轨道资料的处理分析,提取监测区晴空影像图163张,并对对应地区的积雪面积及深度用归一化差分积雪指数NDSI分层阈值法进行监测方法的初步探讨.结果表明,该监测方法对于提取积雪的空间分布信息是可行的.     

基于气象要素的中国积雪类型划分及积雪特征分布

积雪分类对于深刻认识积雪性质及其时空分布具有重要意义。积雪是气候的产物, 气象参数是导致积雪性质差异的主要因素, 利用实测的气象参数能够对积雪性质进行大范围的有效分类。应用长时间序列高时空分辨率全国地面气象驱动格网数据集, 提取中国区域冬季大气温度、 降水量和近地表风速信息, 基于冬季气象要素的二叉树积雪类型划分方法, 采用Sturm等提出的季节性积雪类型划分体系, 对中国区域的积雪类型进行了划分, 相比Sturm等的积雪分类结果空间分辨率显著提高, 利用“中国积雪特性及分布调查”项目2017—2018年全国实测雪坑数据, 描述了积雪类型对应的空间统计分布特征, 为制定符合中国区域特色的积雪类型分类系统奠定了基础。积雪分类结果表明： 中国区域的积雪类型划分为5种, 分别是大草原型、 泰加林型、 苔原型、 高山型及瞬时型, 不同的中国积雪类型表现出与Sturm等的分类描述有所不同的积雪特性。     

基于站点的中国天山山区积雪要素变化研究

选取196l-2006年天山山区海拔高于1000 m的17个气象站的月积雪日数、月最大积雪深度资料,分析天山山区季节性积雪年际变化趋势,探讨17个站点在最大雪深出现月份和海拔之间的相关性以及积雪日数和月最大雪深变化趋势的类型,以及积雪变化的气候归因.结果表明:①按最大雪深出现的月份,天山山区积雪类型可分成4种,分别是1...     

MODIS雪盖制图中NDSI阈值的检验——以祁连山中部山区为例

NSIDC发布的MODIS全球积雪面积产品采用的NDSI阈值为0.40,但在我国并没有验证,在区域积雪制图中仍然需要进行NDSI阈值选取的试验.选择祁连山中部山区常年积雪区作为研究区,利用SNOMAP方法从Landsat-ETM 影像中提取积雪图.通过与目视解译获取的积雪图作比较,该方法提取积雪面积总体精度超过96%,可将其作为地面真实积雪.然后选用MODIS 1B资料,采用NDSI方法得到研究区积雪图,通过改变NDSI阈值得到不同的MODIS积雪图与假设真实值Landsat-ETM 积雪图进行对比.比较结果表明: NSIDC发布的MODIS积雪面积产品采用的NDSI阈值0.40偏高,造成研究区积雪面积的低估;通过对3个子研究区积雪图对比及统计分析,得出该区域的合理阈值为0.33.     

青藏高原NOAA／NESDIS数字化积雪监测的评价

对１９９３／１９９４年青藏高原１６幅ＮＯＡＡ积雪监测的分析，评价了ＮＯＡＡ／ＮＥＳＤＩＳ积雪监测经的精度，证实本监测区域含５０个以上ＮＯＡＡ／ＮＥＳＤＩＳ网格单元时，该资料统计值才能满足ＷＣＲＰ监测雪盖率的精度要求。     

北半球50条山地冰川近期的物质平衡状况

近期北半球大多数山地冰川的物质平衡为负,冰川普遍退缩,表明北半球气候暖化的趋势.由于区域气候波动和变化的差异性以及冰川对气候变化的敏感性(响应程度)的不同,北半球山地冰川在普遍退缩的背景下具有鲜明的区域特征.     

Impact of the Ice-albedo Feedback on Meridional Temperature Gradient of Northern Hemisphere

This paper analyzes the variation of meridional temperature gradient (MTG) over mid-latitude and high-latitude of Northern Hemisphere continents during last 100 years using observational data. It is found that MTG over high-latitude of Northern Hemisphere continents has an increasing trend, but the simulation results of CMIP5 models show a decreasing trend. Results of this study showed the decrease of MTG over the high-latitude continents of Northern Hemisphere calculated by CMIP5 historical simulations mainly because the models of CMIP5 exaggerated ice-albedo feedback over high-latitude regions. A series of simulation results by energy balance climate models showed that ice-albedo feedback amplified the magnitude of warming in the global warming induced only by carbon dioxide, and the magnitude of warming in high latitude was much larger than that in low-latitude regions. Along with global warming, ice-albedo feedback has little influence on MTG in low-latitude, but can induce the decrease of MTG in high-latitude regions.     

过去千年北半球中高纬夏季温度多年代际变化的归因分析

在过去千年背景下评估自然和人为因素对北半球温度的影响程度,有助于辨识不同特征时期（如：中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期）北半球温度的演变机制,对预测未来气候变化有重要参考意义。文章基于多元回归模型尝试量化了过去千年（870~1992年）自然因素（火山活动、太阳活动、地球轨道参数变化）、人为因素（温室气体浓度、大气气溶胶浓度、土地利用变化）、内部变率（北大西洋和北太平洋海表温度在多年代际上的内部变率部分,分别简称为AMO和PMO）对北半球中高纬度地区（30°~70°N）夏季温度的贡献。结果表明：在多年代际（>30年）时间尺度上,这些因子可以解释约73%的北半球夏季温度变化方差。在中世纪气候异常期（Medieval Climate Anomaly,简称MCA;900~1100年）,AMO和PMO等内部变率可能对北半球温度变化起了重要作用;在小冰期（Little Ice Age,简称LIA;1450~1850年）,火山活动是北半球夏季温度最重要的驱动因素;1851年以来,人类活动的贡献最大,接近50%,其对这一时期温度增暖的变化起了主导作用,而同期AMO贡献近三分之一的北半球温度多年代际变率。

     

新疆北部地区积雪深度变化特征及未来50a的预估

分析比较参加CMIP3计划的全球气候模式,在20C3M下各模式1961-1999年平均积雪深度和观测资料比较的基础上,检验了模式对积雪深度的模拟能力.在此基础上,选用INM-CM3.0和CGCM-T47_1模式对北疆地区未来50 a的积雪变化进行了预估.由于受GCM的空间分辨率和新疆北部地区地形、盆地沙漠下垫面、水汽来源和干旱气候环境的影响,CMIP3模式的GCM在新疆北部地区的模拟能力有限.通过相关系数和均方差误差的双重检验,选取了在新疆地区模拟能力较好的INM-CM3.0和CGCM-T47_1模式的模拟结果对新疆地区未来的积雪变化进行了预测.结果表明,在A1B、B1情景下,2002-2050年,总体上新疆北部地区的积雪深度均呈减少趋势;A2情景下,INM-CM3.0、CGCM-T47-1模式在准葛尔盆地地区积雪变化的模拟结果存在差异,但未来40 a新疆地区除天山附近外,积雪深度变化呈减少趋势.     

古新世-始新世暖期北半球野火演化研究

古近纪是现代气候和植被形成的关键过渡期, 而野火活动与气候、植被和碳循环等存在耦合关系。开展古新世-始新世(66~34 Ma)3个特征暖期, 即古新世-始新世极热事件(PETM, 约55.9 Ma)、早始新世气候适宜期(EECO, 53.3~49.1 Ma)、中始新世气候适宜期(MECO, 约40.5~40.1 Ma)的野火活动研究, 对于揭示气候和植被变化特征及其影响具有重要意义。本研究基于蒙古高原南部二连盆地古新世-始新世野火记录, 并结合北半球该时段其他12个地点的野火研究数据, 从长尺度地质记录视角, 重建北半球野火活动特征与演变, 并探讨其驱动机制。研究结果显示古新世-始新世不同特征暖期野火发生规模和强度存在差异, PETM极端暖期较EECO和MECO暖期野火强度更大, 但不十分显著。古新世-始新世暖期并没有持续的、大规模的野火发生, 呈现"低野火状态", 总体不支持强调燃烧活动影响全球碳循环的"野火假说"。通过野火发生与温度、降水、植被以及CO2浓度等环境因子之间的关系分析, 对"古近纪低火谜题"进行初探, 认为古新世-始新世气候的季节性并不分明, 较短的干季不利于可燃"燃料"和潜在火源的形成, 很可能是新生代早期"低野火"的主因。