地表温度和地表辐射温度差值分析

依据实验数据,研究利用标准黑体源对红外辐射计测定值进行标定的方法;分析天空比辐射率的变化特性;计算天空环境辐射,与长波辐射计测定值进行比较;推算考虑天空环境辐射和地表比辐射率后的地表温度,研究地表温度与地表辐射温度的差值。结果表明：①地表辐射温度未经标准黑体源标定与标定后的差值绝对值在0.1～1℃之间;②天空比辐射率的变化范围为0.75～0.85,不同下垫面天空比辐射率日变化趋势非常一致;③用空气温湿度计算的天空环境辐射与长波辐射计测定值的差值较小,相对误差平均为3.1%,但是天空37°热红外辐射计观测值与长波辐射计测定值差值较大,相对误差平均值达到38.1%;④地表温度高于地表辐射温度,差值在0.2～1.5℃之间。     

MODIS地表温度产品在青藏高原连续多年冻土区的适用性分析

利用自动气象站观测的长波辐射计算得到的地表温度对MODIS地表温度(LST)产品在青藏高原中部连续多年冻土区的精度进行验证, 并利用具有较高空间分辨率的Landsat 5 TM和Landsat 7 ETM+反演的地表温度与MODIS LST产品进行了对比分析. 结果表明: 白天MODIS LST产品的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别约为3.42~4.41 ℃和4.41~5.29 ℃, 夜晚MODIS产品MAE和RMSE分别为2.15~2.90 ℃和3.05~3.78 ℃, 精度高于白天; MODIS LST与TM、ETM+反演的地表温度一致性较好, 相关系数分别达到0.85和0.95. 说明MODIS LST产品在连续多年冻土区的适用性较高, 是研究多年冻土地表热状况的一个非常好的数据源. 而且, 不同空间尺度的遥感数据之间一致性较好, 可考虑将多源遥感数据应用于多年冻土热状况监测研究.     

MODIS地表温度产品在青藏高原冻土模拟中的适用性评价

利用MODIS地表温度反演产品,以青藏高原为研究区域,通过单点、区域、模型3方面来验证MODIS地表温度产品在青藏高原冻土模拟中的适用性.通过69个气象站点观测的地表O cm温度数据与所在位置的MODIS地表温度数据比较,二者在时间序列上的变化趋势基本一致,但是平均误差较大.在区域验证中,实测地表温度数据采用经纬度海拔...     

ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估

地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况, 是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件, 对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义. 为了评估ERA-Interim 地表温度产品在青藏高原地区的适用性, 综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况. 结果表明, 两种资料的变化趋势一致, 但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著, 平均偏低7.4℃. 原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的. 根据两种温度产品之间海拔的差异, 对ERA-Interim地表温度重新进行模拟, 经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小, 平均偏高0.4℃. 因此, 经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况. 以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布, 结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×10⁶ km², 季节冻土区面积为1.43×10⁶km².     

4种再分析气温资料在羌塘国家级自然保护区的适用性研究

利用1979 - 2018年羌塘国家级自然保护区边缘的3个气象站点狮泉河（西部）、 申扎（中部）和安多（东部）的观测气温（OT）, 与ERA-Interim（ET）、 NCEP/NCAR（NT1）、 NCEP/DOE（NT2）和JRA-55（JT）4种再分析气温资料, 从年际变化和年变化两方面采用多年气温变化趋势、 均方差、 相关性等参数方法在羌塘自然保护区进行了适用性研究。结果表明： 从多年平均气温年际变化来看, 4种再分析资料在狮泉河（西部）的适用性较差, JRA-55资料在安多（东部）和申扎（中部）的适用性较好, 且冬季再分析气温资料与观测气温的相关性好于夏季; 从多年平均气温年变化来看, 均表现为冬季（1月或12月）最低, 夏季（7月或8月）最高的“单峰型”变化。综合来看, JRA-55资料在羌塘自然保护区的适用性较好, ERA-Interim对多年气温趋势变化表现不准确, NCEP/NCAR和NCEP/DOE与观测气温相比显著偏低。     

华北汛期降水与青藏高原地表温度的相关分析探讨

利用1980～2002年青藏高原月平均地表温度、1957～2002年我国华北地区104站月降水,分析了青藏高原地表温度与华北以及各分区汛期(7、8月)降水的可能联系,结果表明,青藏高原5月地表温度与华北地区汛期降水具有显著的正相关,高相关区域位于高原的东北部和西南部。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原5月地温以负距平为主；降水偏多年,青藏高原5月地温为大范围的正距平,距平中心也位于高原的东北和西南部。SVD的分析表明,青藏高原5月地表温度和华北地区汛期降水的第一典型场表现出一致的变化特点,前者的分布型态与华北地区干旱或洪涝对应的合成分布以及相关系数场相似,高值区域分别位于高原的东北部和西南部地区,后者的高值区域,位于华北中部和东部地区。华北不同区域汛期降水与青藏高原地表温度的相关有明显的差异,华北中部和东部与5月高原地温的正相关最显著,其它地区与上年10～12月地温的负相关最显著,同时,影响各分区夏季降水的高原地温关键区也有所不同。     

全球大气再分析资料的研究现状与进展

在过去十多年,利用资料同化技术再分析过去的气象观测资料,重建高时空分辨率的格点历史气候数据集取得了长足发展。再分析资料的问世为人们深入了解大气运动的方式、认识不同时空尺度内气候变化和变率提供了强有力的、甚至不可替代的研究工具。就当前国际上一些主要的全球大气再分析资料研究计划及其产品的概况、再分析资料在大气科学及其相关研究领域中的应用、再分析资料的评估及其在气候变化研究中存在的一些主要质量问题做了回顾与介绍,并就未来大气再分析资料研究计划的一些发展趋势予以展望。     

地表温度反演的数值方法

陆地表面温度(LST)是区域和全球尺度上陆地表面物理过程的一个关键参数,它综合了地表和大气相互作用以及能量交换的结果。研究地表温度对全球能量平衡的研究有着重要的意义。地表温度反演以地表热辐射传输方程为基础,直接求解辐射传输方程是不可能的,也就是说它是不适定的。因此要采用一系列的数值计算方法来求解。主要介绍了几种方程解算的非线性数值方法,并阐述了其大致过程及优缺点。     

根据钻孔温度推测几个世纪以来地表温度变化的趋势

根据现在钻孔的温度,应用多参数估计技术（ＦＰＥ）可以推测出过去地表气温变化的信息。综合实验表明,在一定的噪声范围内,ＦＰＥ技术从钻孔温度记录中离出几个世纪以来地表气温变化趋势的有用信息;同时这项技术还可在时间和空间上得到简单的图示并与反演结果进行对比。在位于美国东北部和加拿大东南部的地方取１１个点,通过分析１７个钻孔温度的剖而来说明这项技术,所利用的是几个世纪以来温度变化所形成的五斜面模型。     

基于SWAT模型的辽西走廊海岸带无观测资料流域地表径流模拟

基于SWAT模型和流域水文相似性原理,采用模型参数移植法对辽西走廊海岸带无观测资料流域-狗河流域进行地表径流模拟,取得了良好的效果.该方法不仅有效地解决了水文模型在模型参数移植过程中的不确定性问题,而且为其他无观测资料流域的径流模拟提供了方法借鉴.     

黑龙江省漠河地区土地覆被与地表温度时空变化特征研究

以我国高纬度多年冻土区漠河县城区及郊区862 km²的区域为研究对象,基于RS和GIS技术对该区地表覆被变化和地表温度进行研究。结果表明：地表类型和地表温度反演结果与现场比对结果一致;从1988年到2015年,经过火灾后重建和城镇化发展,建设用地面积增加了11.33 km²;以2015年为例,冬季由于积雪覆盖,有79.02%的区域无植被覆盖,夏季有80.91%的区域为高植被覆盖。冬季地表温度和高程具有高度相关性,高程每升高100 m,地表温度平均升高2.27℃,表明该区地表温度也存在显著的逆温现象。该区城镇热岛效应全年存在,城镇区域地表温度高于全区平均值,夏季最显著,最高温差可达6.37℃。地表温度与NDVI具有明显的负相关关系;不同土地利用类型地表温度由低到高的顺序为水体-林地-草地-裸地-建筑用地。     

新疆于田绿洲地表温度对土地利用/覆被的响应监测

以于田绿洲为例,以Landsat TM/ETM+图像为主要的数据源,提取了于田绿洲的土地利用/覆被信息.利用单窗算法反演了地表温度,综合分析了2001-2011年间于田绿洲±地利用/覆被变化(LUCC)及其对地表温度的影响,同时利用像元分解模型得出绿洲植被覆被度,并分析了其与地表温度的关系.结果表明:在2001-2011年的10 a期间,于田绿洲最主要的土地利用类型是以人类为主导因素的,同时以自然利用类型向人工利用类型的转化最为显著.耕地、水体等以人类为主导因素的土地利用类型面积增加了809.65 km2,盐渍地等以自然为主导的土地利用类型面积减少了758.76 km2,人为影响是于田绿洲较主要的驱动因素.于田绿洲土地利用/覆被变化改变了地表温度的空间分布特征,在土地利用/覆被类型发生变化的区域,地表温度有升有降,但总体上地表温度的空间分布与土地覆被类型的空间变化格局存在明显的一致性.地表温度的变化与植被覆被度的变化有关,证明了植被在改变下垫面热量分布的格局中扮演着重要作用.     

基于HJ-1B卫星数据的疏勒河上游流域地表温度反演

地表温度是描述地表和大气之间物质交换和能量平衡的关键参数之一. 利用疏勒河上游流域2010年7月25日过境的HJ-1B卫星数据, 采用修正的Jimenez-Mufloz&Sobrino普适性单通道算法反演了疏勒河上游流域的地表温度. 与MODIS LST产品的对比验证表明, 该算法在研究区有较高的精度. 同时, 对不同土地利用类型的地表温度的分析表明, 土地利用类型不同, 其地表温度存在一定的差异, 其中, 稀疏草地的地表温度最高, 裸岩次之. 研究发现, 在河流和冰川区, 修正的单通道算法可能高估了表面温度. 同时, 对模型反演所需的关键地表参数的敏感性分析发现, 算法在一定范围(0~0.01)内对比辐射率不太敏感, 但超过该范围则变得非常敏感, 而对大气水汽含量比较敏感. 因此, 一定程度上, 地表比辐射率和大气水汽含量的精度对HJ-1B卫星数据反演地表温度的准确性起主要作用.     

基于小波变换与神经网络的石羊河流域夏季地温预测模型研究

地温变化在气候反馈效应中起着重要作用, 理解地温及其与影响因素之间的时空关系对预测全球温度变化至关重要。利用1998 - 2017年石羊河流域的逐日常规气象观测资料, 采用小波分析结合BP（Back Propagation）神经网络构建了石羊河流域夏季地温预报模型, 结果表明： 日平均地温预测效果在不同站点均为最佳, 其中预测值和观测值的相关系数均大于0.87, 3 ℃以内的预测概率均大于84%。其中, 民勤地区地温预测效果最好, 预测值和观测值的相关系数达到0.91, 3 ℃以内的预测概率达到86%。日最高地温的预测值与观测值的相关系数高于0.8, 但误差平方和、 标准差较大。永昌地区日最高地温的模拟效果最好, 3 ℃以内的预测概率达到83%。日最低地温的预测与观测值的平均相关系数高于0.66, 3 ℃以内的预报概率高于83%, 但预测值略低。其中, 武威地区日最低地温的预测效果最好, 预测值与观测值的相关系数为0.72, 3 ℃以内的预测概率达到94%。研究成果可为有效弥补干旱、 半干旱区地温观测资料缺失和探讨其与局地气候的关系提供一些参考。     

北京城区2000—2014年地表温度反演及因素分析

传统的城市温度监测方法周期长、效率低,而利用热红外遥感影像进行城区温度监测的方法具有准确、简便、实用等优点。基于Landsat TM、ETM+、OLI遥感影像数据,应用辐射传输方程法对北京城区（东城区、西城区、宣武区、崇文区、朝阳区、海淀区和丰台区7个区域）2000—2014年夏季地表温度的空间分布和时间变化进行分析及温度反演,结果显示,高温区分布有一定的规律,降雨情况、植被覆盖度的变化以及城区规划都是北京城区温度变化的重要影响因素。研究结果可为减缓北京的热岛效应提供依据。     

不同陆面方案对降水模拟的影响

基于区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model 4.0),分别选取BATS(Biosphere Atmosphere Transfer Scheme)和CLM(Community Land Model)陆面方案,对2001-2005年中国的气候状况进行模拟,并将模拟结果与CRU(Climatic Research Unit)及GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水资料进行对比,研究不同陆面方案对降水模拟的影响。结果表明:在两种陆面方案下,区域气候模式均较合理地模拟出了中国降水的空间分布、时间变化;模拟降水对陆面方案敏感,RegCM_BATS总体上表现为正偏差,在东北区域的模拟偏差较大;RegCM_CLM表现为负偏差,在长江以南区域的模拟偏差较大;模拟结果的偏差在夏季较大,冬季较小;两模式模拟结果间的差异在空间上由东南向西北减少;两模式均较准确地模拟了不同强度降水出现频率的分布形势,总体上RegCM_CLM模拟低强度降水偏多;高强度降水偏少,而RegCM_BATS模拟低强度降水偏少,高强度降水偏多;不同陆面方案对地表蒸发量以及地表潜热通量模拟的差异是导致模拟降水差异的主要原因,夏季地表蒸发对降水的影响较冬季更强;水汽平流输送对两模式模拟降水差异的影响较小。     

大陆地表温度场的时空变化与现今构造活动

试图利用地表温度场数据获取中国西部的构造活动信息。在建立热与应变关系的基础上,对中国西部MODIS/Terra地表温度产品进行分析处理。研究发现:(1)地表温度在一些地区发生偏离年变现象,这种年变偏离与一些活动构造带的活动有关;(2)在扣除年变基准场等主要气候因素后,年变残差(ΔT)中长周期成分(LSTLOW)更接近构造活动所引起的热信息,能为构造活动提供一定的指示信息。研究发现,一个地震的发生对周围不同构造区的影响不同,有的地区升温,有的地区降温。2004年印尼地震最大的影响是引起青藏高原中部巴颜喀拉—松潘地块的降温;(3)与前者相对应,发生在中国周边地区的不同地震引起的温度变化格局不同,对同一地区的影响也不同,例如2001年东昆仑8.1级地震引起龙门山断裂带升温,而2003年斋桑泊7.9级地震和2004年印尼9级地震却引起该带的降温;(4)不同地区地温变化的时间过程不同。这些现象均对构造变形过程有一定的启示。在上述现象的基础上,笔者结合GPS观测结果,不同深度的地温信息以及地震活动等资料,对地表温度场中包含构造活动信息进行了初步检验,并对地表温度场反映的区域构造变形模型进行了讨论。