ON THE RELATIONSHIP BETWEEN PLANETARY AND SURFACE ALBEDO:MODEL’S COMPARISON AND VALIDATION*

The simple linear relationship between clear-sky planetary and surface albedo can be adopted for certain accuracy.There are different parameterization schemes of atmospheric correction for different retrieval models.In this paper,several representative retrieval models are compared and tested with observational data from HEIhe basin Field Experiment(HEIFE) in western China.Some evaluations and suggestions on improvement are proposed for models which would be more applicable to plateau and arid areas.     

从NOAA卫星AVHRR资料反演中国区域地表反照率

由NOAA卫星AVHRR短波通道1、2反射率反演地表反照率需要3个反演模式,分别是窄-宽波段反射率转换模式、大气顶双向反射模式、大气订正模式.基于模式和国家卫星气象中心接收处理的NOAA-18 AVHRR1B数据,处理了2006年1月至2010年12月的中国区域地表反照率,由于云的影响,15天合成技术用来形成周期为15天的地表反照率数据文件.2006年、2010年2年的处理结果与MODIS同类产品对比,RMS为0.028～0.074、相关系数为0.76～0.93,误差较大出现在冬季,原因是两者15天合成方法不同;5年的日平均地表反照率与21个中国地面气象一级辐射站的观测测值作对比,结果是：RMS为0.053、相关系数为0.88.反演模式系统误差以及云和气溶胶影响是卫星反演地表反照率的主要误差来源.     

黑河实验区若干下垫面总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系

本文利用1991年“黑河实验”期张掖，化音，沙漠站1月、4月、8月、10月太阳辐射观测资料，分析了晴天总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系，得到了不同下垫面、不同季节的地表反射率与太阳高度角的函数关系及各站晴天总辐射与太阳高度角的函数关系的拟合公式，并讨论了这种关系在利用卫星观测资料反演地表反射率中的应用．     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 I. 理论与模拟

陆地上空标量辐射对地表反射率和大气气溶胶散射都具有很强的敏感性,而偏振反射只对大气气溶胶敏感,对地表不敏感。根据这个原理并结合POLDER(POLarization and Directionality of Earth Reflectance)资料的特点,作者提出综合利用标量辐射和偏振反射信息来实现陆地上空大气气溶胶和地表反照率的同时反演。首先,利用多角度偏振辐射观测提取大气气溶胶光学参数,再利用标量辐射测量对偏振反演结果作进一步筛选和订正,同时获得地表反射率。数值模拟试验结果证明,仅利用偏振信息只能获取大气气溶胶信息,而且其结果误差较大,特别是对于散射作用较强的短波长通道如670 nm误差更大,但经过标量辐射订正后的结果得到明显改善,气溶胶光学厚度和地表反射率与真实值之间相关系数都达到0.99以上。为提高查找表的计算效率,提出并建立了反演方案所需要的半参数化数值表,利用内插方法寻求气溶胶光学厚度和地表反射率的数值解的反演方法。     

A Study on Parameterization of Surface Albedo over Grassland Surface in the Northern Tibetan Plateau

The relationship of surface albedo with the solar altitude angle and soil moisture is analyzed based on two-year (January 2002 to December 2003) observational data from the AWS (Automatic Weather Station) at MS3478 in the northern Tibetan Plateau during the experimental period of CEOP/CAMP-Tibet (Coordinated Enhanced Observing Period Asia-Australia Monsoon Project on the Tibetan Plateau). As a double-variable (solar altitude angle and soil moisture) function, surface albedo varies inconspicuously with any single factor. By using the method of approximately separating the double-variable function into two, one-factor functions (product and addition), the relationship of albedo with these two factors presents much better. The product and additional empirical formulae of albedo are then preliminarily fitted based on long-term experimental data. By comparison with observed values, it is found that the parameterization formulae fitted by using observational data are mostly reliable and their correlation coefficients are both over 0.6. The empirical formulae of albedo though, for the northern Tibetan Plateau, need to be tested by much more representative observational data with the help of numerical models and the retrieval of remote sensing data. It is practical until it is changed into effective parameterization formulae representing a grid scale in models.     

利用NOAA-AVHRR遥感资料反演长江三角洲地表反照率的试验

利用NOAA－AVHRR的CH1和CH2资料，反演了长江三角洲地区地表反照率瞬时值，与前人给出的不同地面覆盖物反照率进行对比，表明对该地区的反演是可行的。还提出一种由单一时刻反照率推算一天中其他任意时刻反照率的方法，发现方法可靠。最后比较了太阳天顶角和地表状况对地表反照率的影响大小，发现二者量级相当，说明在短时、超短时数值模式中，必须同时考虑二者的作用。     

中国地区MODIS地表反照率反演结果的时空分布研究

应用2003—2015年MODIS地表反照率反演质量数据MCD43A2,统计分析中国地区MODIS地表反照率反演质量的时空分布特征,结果表明:1)中国地区MODIS地表反照率反演质量在空间分布上具有明显的差异,高质量全反演结果(质量标记0)主要分布在东北、华北、西北地区和西南地区的中西部;当量反演结果(质量标记3)主要分布在华东、华中、华南地区和西南地区的中东部;填充值(质量标记15)主要分布在华中、华南、华东地区及西南地区的部分区域。2)在东北、华北和西北地区,只有春、夏和秋季才有超过60%的区域可能获得高精度MODIS地表反照率;可能获得高精度M ODIS地表反照率的区域,在西南地区全年各时段都只有40%~60%,在华东、华中和华南地区全年各时段都不足20%。3)各地当量反演结果的比例一般不足50%,华东和华中地区夏季和秋季当量反演结果的比例超过40%;4)华中和华东地区夏季和冬季,以及华南地区春、夏和冬季,填充值的比例超过50%,华南和华中地区最高甚至超过80%。     

青藏高原地表反照率计算研究

根据改进的甚高分辨率扫描辐射仪（ＡＶＨＲＲ）５个观测波段的光谱特征，经多次试验，设计了一组从卫星观测的地－气系统的辐射测值中提取晴空资料的多通道门槛值判识法和提取月平均反照率的合成法；并对１９９２年ＮＯＡＡ－１２卫星获取的ＡＶＨＲＲ资料进行计算处理，分析提取晴空数据，在此基础上按卫星轨道覆盖周期合成计算得到的晴空行星反照率和地表反照率，并且计算了逐月的地表反照率。对计算结果做了初步分析和认真比较。     

用MODIS反演北京城市地区地表反照率精度以及算法改进

MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)地表反照率的精度在乡村地区已经得到了检验,但是至今没有在城市地区的有关研究。地表反照率的精度在很大程度上取决于大气订正的精度,作者利用2002年以来的北京AERONET(国际气溶胶检测网络)站点Cimel气溶胶观测资料对反射率进行大气订正,通过对比来评价MODIS地表反照率算法中大气订正的精度。结果发现,MODIS大气订正在蓝光波段具有明显的过度订正现象,MODIS大气订正后地表反射率平均偏低0.03。MODIS地表反照率在冬季有约75%的缺测,这是因为冬季严重的空气污染使得MODIS云检测得到晴空观测较少。MODIS使用三参数双向反射率函数（BRDF）要求16天以内至少有3次以上的晴空观测（MODIS算法中要求7次）。通过分析MODIS反演得到的三参数,发现虽然它们的绝对值具有明显的季节变化,但是它们的比值是十分稳定的,这样使BRDF函数降低到只需要一个参数,有效降低了对晴空观测次数的要求,这一思想可以应用到热带等晴空日数较少的地区。     

青藏高原地表反射率卫星反演资料的评估

该文重点介绍了ＩＳＣＣＰ资料中的地表可见光反射率资料及ＬｉＺｈａｎｑｉｎｇ等用参数化反演模式从ＥＲＢＥ宽带行星反射率得到的地表反射率资料。我们选择青藏高原及其邻近地区为目标区，结合高原野外地面观测资料对它们进行了比较和评估，分析了误差的可能原因，并提出了反演青藏高原地表反射率时注意的问题。     

HEIFE绿洲区太阳总辐射和地表反射率的分光谱特征

太阳辐射的分光测量在许多研究和应用领域中都具有十分重要的意义．本文利用HEIFE临泽子站进行的太阳总辐射和反射辐射的分光观测资料，研究了黑河绿洲区太阳总辐射和地表反射率的光谱特征．研究结果表明：在太阳总辐射的光谱能量分布中，紫外和可见光部分的比倒偏小，近红外部分则偏太．在其从冬到夏的季节变化中紫外和可见光部分是由小到大，近红外部分剐是由大到小。在其日变化中0．5μm以下波段是中午大早晚小；0．7μm以上波段是中午小，早晚大；0．5-0．7μm波段的日变化不明显。紫外波段的相对日变化幅度最大．地表反射率的光谱特性有明显的季节变化，变化特征与地表植被状况有关．各波段地表反射率的日变化型有一定的季节差异，其中波长小于0．7μm部分较为明显，并与地表植被状况有关．在裸露地表各波段反射率与太阳高度角的关系中，近红外波段随太阳高度角增加而增大，紫外和可见光波段则随太阳高度角增大而减小．全波段反射率随太阳高度角增大而增大主要是近红外波段的贡献．这是裸露地表光谱反射率的重要特征之一。     

ERROR COMPARISON OF WIND FIELD RETRIEVAL FROM SINGLE AND DUAL-DOPPLER RADAR OBSERVATIONS

The error distributions of the wind fields retrieved from single and dual-Doppler radar observations are given inthis paper.The results indicate that the error of dual-Doppler retrieval depends on the position in the scan region of thedual-Doppler radar.The error of single-Doppler retrieval by using velocity azimuth processing(VAP)technique de-pends on the angle between the directions of wind and the radar beam.Generally,the winds retrieved from single Doppl-er radar are close to those retrieved from dual-Doppler radar.But,the error distribution of the single-Doppler retrievalis different from the dual-Doppler retrieval.We simulate the retrievals of single Doppler observation by the use of theoutput wind data from a 3-D numerical model of severe convection.The comparison of the simulated single-anddual-Doppler retrievals shows that the VAP may be a suitable technique for the operational analysis of mesoscale windfields.It can also be used as a supplement to wind field retrieval in the field experiment.     

Microwave Simulations of Precipitation Distribution with Two Radiative Transfer Models

Two microwave radiative transfer models of precipitating cloud are used to simulate the microwave upwelling radiances emerging from precipitating clouds. Comparison of the simulation results shows that significant difference of microwave upwelling radiances exists between these two radiative transfer models. Analysis of these differences in different cloud and precipitation conditions shows that it is complicated but has certain trend for different microwave frequencies. The results may be useful to quantitative rainfall rate retrieval of real precipitating clouds.     

植被地表反照率动态模拟方法比较-以玉米农田为例

利用2007年锦州玉米农田生态系统野外观测站玉米生长季辐射资料,对地表反照率综合模型、半经验双层模型和简化双层模型模拟精度进行比较。结果表明：简化双层模型在玉米生育初期模拟能力较差,其他时段模拟能力都较强,尤其在玉米生育后期更为明显;半经验双层模型除在玉米叶面积指数处于最大时期模拟误差较小外,其他时段基本无法模拟。综合模型大部分时段模拟能力都较强,仅在玉米生育后期模拟能力稍差,该模型对实现玉米农田地表反照率动态参数化更为理想,可为改进陆面过程模型提供参考。     

中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究

国家重点基础研究发展规划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的 5a研究 ,取得了一系列重要的研究成果 :(1)提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型 ;(2 )建立了梅雨锋暴雨的天气学模型 ;(3)梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系 ,它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构 ,在长江中下游有时可表现为双锋结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制 ;(4 )提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法 ,并形成一系列新的反演产品 ;(5 )成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法 ;(6 )发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统 ,在 2 0 0 3年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用。上述研究成果表明该项目已经圆满地完成了预定的目标与任务。     

CHARACTERISTICS OF VARIATION IN SURFACE ALBEDO AND SNOW FORCING OVER THE TIBETAN PLATEAU

The combination of field experiments and satellite observations is the fundamental way tounderstand the characteristics of spatial-temporal variation in surface albedo over the Tibetan(Qinghai-Xizang) Plateau. Under the condition without snow cover, the relatively regular annualvariation cycle of the surface albedo can be expressed by an empirical formula. The effect of snowcover on the surface albedo in winter can be expressed by introducing two variables of snow forcingand sensitivity parameter. The existing satellite retrieved results of surface albedo may provide thedigital grid data for describing the geographical distribution. However, some satellite retrievedsurface albedos available over the Tibetan Plateau are obviously too low in winter. Taking thesatellite derived results in summer as the background field representative of geographicaldistribution and combining the empirical formula of annual cycle based on the surface observations,a dynamic model of surface albedo is developed for the need of modeling the climatic influence ofthe underlying surface forcing of the Tibetan Plateau.     

利用AVHRR数据反演陆地气溶胶光学厚度

开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法,该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率,再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N,75°~135°E) 得到AOD的时空分布,将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明,华北和华东地区的反演效果较好,西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知,AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上,从时间变化规律来看,AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。     

CHARACTERISTICS OF VARIATION IN SURFACE ALBEDO AND SNOW FORCING OVER THE TIBETAN PLATEAU*

The combination of field experiments and satellite observations is the fundamental way to understand the characteristics of spatial-temporal variation in surface albedo over the Tibetan(Qinghai-Xizang) Plateau. Under the condition without snow cover, the relatively regular annual variation cycle of the surface albedo can be expressed by an empirical formula. The effect of snow cover on the surface albedo in winter can be expressed by introducing two variables of snow forcing and sensitivity parameter. The existing satellite retrieved results of surface albedo may provide the digital grid data for describing the geographical distribution. However, some satellite retrieved surface albedos available over the Tibetan Plateau are obviously too low in winter. Taking the satellite derived results in summer as the background field representative of geographical distribution and combining the empirical formula of annual cycle based on the surface observations,a dynamic model of surface albedo is developed for the need of modeling the climatic influence of the underlying surface forcing of the Tibetan Plateau.     

静止气象卫星反演海温及其分析技术方法的研究

用GMS5分裂窗通道和水汽通道的资料，以及船舶浮标站实测的海温资料进行反演海温和格点分析的试验研究。比较了三种不同的海温反演方法，其中用分裂窗通道资料并考虑削弱路径的方法，与用分裂窗通道资料并考虑水汽亮温的方法精度较好（平均约绝对误差分别为0．93℃和0．95℃）。文中还用递归滤波分析方法较好地解决了质量控制和客观分析的问题，分析出的格点场与实测海温分布基本一致。