大孔径闪烁仪在黑河流域的应用分析研究

大孔径闪烁仪(LAS)是近年来发展较快的一种新型通量测量仪器,用以观测较大尺度上的感热通量变化.”黑河流域遥感-地面观测同步试验”项目在黑河上、中游地区不同下垫面貌一新建立了多个地面站,除常规气象参数、各辐射分量、土壤温湿梯度和热流以及涡动相关（EC）通量外,还在黑河上游阿柔冻融站及中游临泽草地站架设有大孔径闪烁仪.依据有关观测,着重分析大孔径闪烁仪所测感热通量的日、季变化特征.阿柔站所用数据时间段为2008年3月至2009年12月,临泽草地站为2008年5～8月.在与涡动相关通量数据进行对比分析中,除依据解析模式计算分析EC及LAS的源区差异及有关影响外,对不同大气稳定度下大孔径闪烁仪观测资料的质量控制、感热通量的计算方法等做了仔细分析,以提高LAS通量结果的总体质量.长期观测资料分析表明,大孔径闪烁仪与涡动相关仪的感热通量及其时间变化有较好的对应关系.部分时段的较明显差异,主要由二者源区所含下垫面类型的不同引起.多数情况下,LAS所测感热通量比EC的有关结果偏大,可能因为LAS的源区一般远比EC的大,大孔径闪烁仪所测通量有天然的面积平均效果.     

涡动相关仪观测蒸散量的插补方法比较

涡动相关仪在长时间连续观测中,观测数据会有不同程度的缺失.应用6种不同的插补方法(平均昼夜变化法MDV,非线性回归方法NLR,动态线性回归方法DLR,查表法LUT,FAO-PM方法,HANTS方法)对北京密云站2007年涡动相关仪观测蒸散量数据进行了插补.结果表明:LUT方法在不同数据缺失时均得到较好结果(均方差小于8 W/m2);MDV和NLR方法更适合于短时间数据缺失的插补:DLR和FAO-PM方法在观测数据出现连续波动时插补结果较差.由LUT、DLR、NLR、HANTS、FAO-PM方法得到的年蒸散量分别为395.8 mm、409.9 mm、393.5 mm、390.7 mm、399.4 mm,差异在2.3～19.2 mm之间变化.对比分析了LUT方法得到的年蒸散量(潜热通量)与净辐射、降水量以及LAS观测潜热通量间的变化规律,表明插补结果合理.     

Surface turbulent flux measurements over the Loess Plateau for a semi-arid climate change study

In order to provide high quality data for climate change studies, the data quality of turbulent flux measurements at the station of SACOL (Semi-Arid Climate & Environment Observatory of Lanzhou University), which is located on a semi-arid grassland over the Loess Plateau in China, has been analyzed in detail. The effects of different procedures of the flux corrections on CO₂, momentum, and latent and sensible heat fluxes were assessed. The result showed that coordinate rotation has a great influence on the momentum flux but little on scalar fluxes. For coordinate rotation using the planar fit method, different regression planes should be determined for different wind direction sectors due to the heterogeneous nature of the ground surface. Sonic temperature correction decreased the sensible heat flux by about 9%, while WPL correction (correction for density fluctuations) increased the latent heat flux by about 10%. WPL correction is also particularly important for CO₂ fluxes. Other procedures of flux corrections, such as the time delay correction and frequency response correction, do not significantly influence the turbulent fluxes. Furthermore, quality tests on stationarity and turbulence development conditions were discussed. Parameterizations of integral turbulent characteristics (ITC) were tested and a specific parameterization scheme was provided for SACOL. The ITC test on turbulence development conditions was suggested to be applied only for the vertical velocity. The combined results of the quality tests showed that about 62%–65% of the total data were of high quality for the latent heat flux and CO₂ flux, and as much as about 76% for the sensible heat flux. For the momentum flux, however, only about 35% of the data were of high quality.     

航空遥感地表温度时间归一化

航空热红外遥感影像的航带宽度一般较为有限,通常需要进行连续飞行获得多个航带才能覆盖一个较大的研究区;由于地表温度随时间变化迅速,不同航带间地表温度存在差异。因此,进行不同航带影像拼接之前,需要对不同航带的地表温度进行时间归一化。本文基于温度日变化模型,构建了航空遥感地表温度时间归一化方法;结合Hi WATER试验区高密度的气象观测数据,分析了天气晴朗条件下,风速的大小和波动剧烈程度对地表温度日变化模型的影响,在此基础上发展了一种考虑风速影响的改进温度日变化模型。验证结果表明:两种模型均能够减小观测时间不同导致的地表温度瞬时波动差异;考虑风速影响的改进模型比未改进模型的精度提高0.3—0.6 K,且其提供的地表温度在时间尺度变化上更加符合实际情况。本研究建立的相关模型对于卫星遥感地表温度的时间归一化也具有借鉴意义。     

HEIFE非均匀陆面上区域能量平衡研究

卫星遥感在研究非均匀陆面上地－气间能量和水循环过程时有其独到的作用。本文介绍了一种利用陆地资源卫星ＴＭ资料进行非均匀陆面上区域能量平衡研究的参数化方案。以两个景的ＴＭ资料（１９９１年７月９日,夏季;１９９１年１０月２９日,近冬季）为个例,结合“黑河实验”（ＨＥＩＦＥ）期间的地面观测资料分析研究了实验区非均匀陆面上地表特征参数（地表反射率、标准化差值植被指数和地表温度）及能量平衡各分量（地表净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量）的区域分布及季节差异,同时将所得的结果与地面观测的“真值”作了比较。结果表明：（１）由于黑河实验区下垫面状况十分复杂,戈壁、沙漠与绿洲交错分布,故在整个实验区内各地表特征参数及能量平衡各分量的分布范围亦比较宽;（２）地表特征参数及能量平衡各分量在实验区的绿洲、戈壁及沙漠上各有其特定的代表值;（３）地表能量平衡各分量的区域平均值在整个实验区内基本平衡;（４）夏季与近冬季的地表特征参数及能量平衡各分量的分布特征存在着显著差异。所得的这些结果与地面观测的“真值”和局地研究的结论基本一致。这些分析对非均匀下垫面中尺度模式陆面过程参数化方案的建立以及模式预报效果的检验都具有不可缺少的重要意义。     

南沙海域近海层大气湍流结构及输送特征研究

本文根据南沙群岛渚碧礁的一次大气湍流观测资料，分析研究南沙海域的湍流热通量输送、方差相似性、风速各分量谱、温度谱及各湍流通量协谱等大气湍流结构和输送特征，并与陆地下垫面上的结果作了比较，得到了一些有关南沙海域大气湍流输送及湍流结构的新认识。     

用Priestley-Taylor模式计算棉田实际蒸散量的研究

在农田蒸散试验资料的基础上,综合考虑影响棉田实际蒸散的气象条件,棉花生物学特性和土壤水分等因素,利用Priestley-Taylor模式、棉花叶面积指数和相对有效土壤湿度建立了棉田实际蒸散量的计算模式。该模式仅需常规气象和农业气象资料,具有较高的精度,便于在干旱区推广使用。     

黑河中游非均匀地表能量通量的卫星遥感参数化

对黑河中游非均匀地表区域地表能量通量和蒸发(或蒸散)的研究是一个十分重要但又是一个难点问题。文中提出了2个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其用于黑河中游地区。同时利用2个景的陆地资源卫星Landsat TM资料进行了分析研究,得到了一些有关非均匀地表的沙漠化地区的区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的新概念。文章最后还讨论了所提出的参数化方案的适用范围和所需的改进之处。     

集合卡曼滤波在遥感反演地表参数中的应用--以核驱动模型反演BRDF为例

遥感反演中使用先验知识, 特别是在观测信息不足情况下, 对于保证反演计算的稳定性和降低反演结果的不确定性具有重要意义. 常用的最优算法, 不能较好提供先验知识的后验分布, 也就不能直接得到反演结果不确定性, 这对于遥感应用是不利的. 引入集合卡曼滤波(EnKF)的方法来实现地表参数的遥感反演, 它能在有效获得反演结果的同时给出先验知识的后验分布. 为了显示其反演优势, 将MODIS标准AMBRALS算法、SCE-UA高效全局最优算法和集合卡曼滤波算法进行了比较. 着重讨论了在观测不足时, 引入先验知识并以反演结果的不确定性为比较指标的情况下, 不同核组合的核驱动模型在不同地表类型上对反照率的反演能力.     

不同下垫面DTD模型与TSEB模型比较

双源能量平衡模型（Two Source Energy Balance, TSEB）和双温度差模型（Dual Temperature Difference, DTD）目前已应用于不同的下垫面类型和环境条件下地表蒸散发估算研究,但是由于模型构建理论机理的差异,模型表现会随着下垫面类型和环境条件的变化而有所不同。因此,本研究选取了黑河流域高寒草地、半干旱区灌溉农田以及干旱区河岸林3种下垫面类型地面观测数据,系统分析了DTD模型和TSEB模型的适用性以及主要误差来源。结果表明:① 在瞬时尺度上,DTD模型在高寒草地上估算潜热通量的误差较小,其RMSE为62.00 W/m²,而TSEB模型的RMSE为75.49 W/m²,2个模型的精度会随着植被覆盖度的增加而出现差异;在半干旱区灌溉农田区域,2种模型表现较为一致,但是在干旱区河岸林,2种模型都低估了潜热通量,且模型误差较大;② 在日尺度上,DTD模型和TSEB模型的表现与瞬时尺度表现较为一致,同时2种模型拆分的植被蒸腾比与基于uWUE模型（Water Use Efficiency, uWUE）拆分的结果吻合较好,但DTD模型的表现要优于TSEB模型;③ 相比较DTD模型而言,TSEB模型对地表温度输入误差更为敏感。本研究通过对比DTD模型和TSEB模型在不同下垫面和环境条件的表现,为今后模型优化提供了理论依据。