3维场景植被冠层多波段模拟研究进展

植被冠层辐射散射信号中蕴含了丰富的植被信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现植被结构等生物物理参数的遥感定量反演。迄今为止,可见光/近红外、热红外、微波波段均已发展了大量的模型,这些模型在参数反演方面各具优势,但不同波段的模型又有其自身的局限性。跨波段的联合模拟可以实现模型间的优势互补,进而提高地表参数的反演精度,近年来已有学者专注于可见光/近红外与热红外模型,热红外与微波模型,主被动微波模型,以及可见光/近红外与微波模型的联合模拟和协同反演,但多是两两联合,且主要是基于经验模型或解析模型。基于3维场景的植被冠层辐射散射特性模拟模型可以细致刻画不同组分的结构和空间分布特征,对于由植被结构引起的多次散射和组分比例变化的考虑具有优势。本文主要介绍了3维模拟模型在可见光/近红外、热红外和微波波段,以及跨波段联合模拟方面的研究进展,从模型机理、场景统一、以及组分理化参数的统一的角度,探讨了构建多波段3维模拟系统的可行性,展望了多波段3维模拟模型的发展趋势。     

最小独立闭合环深度优先算法的一点改进

针对原有的深度优先算法在进行最小独立闭合环搜索时存在搜索漏环的情况,在不破坏原有算法流程的前提下,充分利用原有算法在计算过程中产生的中间参数,通过追加新的算法,以2012年天津市地面沉降水准数据作为实验数据,并结合人工拼环的结果加以对比分析,结果表明:在水准网较为复杂的前提下,新算法有效避免了原有深度优先算法搜索失真的问题。改进后的深度优先算法将为最小独立闭合环搜索工作带来更高的可信度。     

利用LM-BP神经网络估算西北地区太阳辐射

气候、生态、水文等模型的应用需要空间连续分布的太阳辐射数据,由于地形等条件的制约,气象站点的分布有限,无法利用稀少的站点获得空间连续分布的辐射数据,而BP(Back-propagation)神经网络模型对太阳辐射具有很好的预测性,但以往的研究都是基于单个站点估算太阳辐射,而且BP神经网络模型存在收敛速度慢、学习时间长等问题,为解决BP算法存在的不足,采用LM(Levenberg-Marquardt)算法优化后的BP神经网络(简称LM-BP神经网络)结合DEM(Digital Elevation Model)数据估算西北地区128个气象站点2011年的太阳总辐射月均值,通过乌鲁木齐和银川两台站的实测数据进行验证,两台站的平均百分比误差分别为2.89%和3.24%,平均偏离误差分别为0.27 MJ·m-2和0.61 MJ·m-2,且拟合优度均0.90。该模型各项误差指标较小,估算精度较高。最后将模型模拟出的辐射值,结合已有的24个辐射站点的实测值进行空间插值,得到西北地区2011年逐月太阳辐射精细化空间分布图。     

Accounting for the solar radiation in thermal regime prediction for railway subgrade in cold regions

This paper presents a comparative analysis of simulation processes of seasonal freezing-thawing of railway subgrade and permafrost degradation, with and without accounting for solar radiation. Also, the effect of sun screens to reduce the degradation of subgrade permafrost under different climatic conditions is numerically substantiated. And finally, the temperature criterion of the origination of permafrost is illustrated.     

TeV γ-ray fluxes from the long campaigns on Mrk 421 as constraints on the emission of TeV–PeV neutrinos and UHECRs

Long TeV γ-ray campaigns have been carried out to study the spectrum, variability and duty cycle of the BL Lac object Markarian 421. These campaigns have given some evidence of the presence of protons in the jet: (i) Its spectral energy distribution which shows two main peaks; one at low energies (∼1 keV) and the other at high energies (hundreds of GeV), has been described by using synchrotron proton blazar model. (ii) The study of the variability at GeV γ-rays and X-rays has indicated no significant correlation. (iii) TeV γ-ray detections without activity in X-rays, called “orphan flares” have been observed in this object.Recently, The Telescope Array Collaboration reported the arrival of 72 ultra-high-energy cosmic rays with some of them possibly related to the direction of Markarian 421. The IceCube Collaboration reported the detection of 37 extraterrestrial neutrinos in the TeV–PeV energy range collected during three consecutive years. In particular, no neutrino track events were associated with this source. In this paper, we consider the proton–photon interactions to correlate the TeV γ-ray fluxes reported by long campaigns with the neutrino and ultra-high-energy cosmic ray observations around this blazar. Considering the results reported by The IceCube and Telescope Array Collaborations, we found that only from ∼25% to 70% of TeV fluxes described with a power law function with exponential cutoff can come from the proton–photon interactions.     

基于FY-3C微波辐射成像仪海表温度产品的偏差订正方法研究

提出一种针对FY-3C搭载的微波辐射成像仪（MWRI）海表温度产品的分段回归偏差订正方法,该方法通过引进气候态海表温度数据,建立与关联实测海表温度相匹配的回归模型,并通过对模型中关联变量的误差分析,选择最优样本进行分段回归,以实现对海表温度数据的重新估计。通过对MWRI海表温度数据的偏差订正试验表明,采用分段回归方法获得的订正结果无论在误差指标的空间分布还是时间序列上,都要明显优于采用传统概率密度函数偏差订正方法的结果。其中,采用概率密度函数方法订正后的海表温度产品误差标准差和均方根误差从订正前的0.9—1.0℃,减小到0.8℃左右,而采用分段回归方法获得相应的订正误差仅为0.6℃左右,订正效果有明显改善。      

2000—2016年中国再分析辐射资料与观测值对比

大气再分析辐射资料克服了传统的地面观测资料缺乏和台站分布不均的缺点,以及卫星遥感反演算法的适用性和传感器精度等问题,采用不同的模型对太阳辐射状况进行动态模拟,并结合实际观测数据对模型进行校正,建立了长时间序列和不同分辨率的数据产品。尽管目前再分析辐射产品评估已经有较多的研究,但是针对我国长时间序列太阳辐射变化的不同再分析辐射资料间的精度对比评估较少,尤其缺乏不同再分析辐射资料空间差异性研究。选取2000—2016年NCEP/DOE、ERA-Interim、GLDASV2.1三种不同空间分辨率的再分析辐射资料,通过对比三种资料与我国辐射观测数据的差异,对三种再分析辐射资料在空间分布和时间序列的适用性进行详细的精确度评估。结果表明,从年资料对比来看,2000—2016年中国区域NCEP辐射资料显著高于其他三种资料,与观测值平均偏差约为1 342.2 MJ/（m2a）,东部地区高估现象严重。ERA辐射资料平均偏差为681.8 MJ/（m2a）,中国西部、华北及华中地区高估严重。GLDAS辐射资料平均偏差最小为130.2 MJ/（m2a）。从月资料对比来看,三种再分析数据在夏秋季月份的精度比冬春季月份要高。冬半年,三种再分析资料在海拔>1 000 m的东北大兴安岭、西北和云南等地相对误差低于海拔 < 1 000 m的华北、华中、华东、西南和华南地区;但夏半年这种分布现象不明显。      

起伏地形下河南省太阳散射辐射的分布式模拟

利用河南省及周边145个气象站1961－2000年常规气象观测资料和河南省1:25万DEM数据,充分考虑起伏地形下太阳散射辐射的天空因素与地面因素后,基于分布式开阔度模型和天文辐射模型,实现了起伏地形下河南省太阳散射辐射的分布式模拟.计算了100m×100 m分辨率下河南省1－12月气候平均太阳散射辐射及多年平均年散射辐射总量的空间分布.结果表明:在充分考虑经验系数的时空分布特征后,模拟精度有了进一步提高.与郑州站的观测资料对比验证表明,模拟精度较高,年平均绝对误差为3.06 MJ·m-2,年平均相对误差为1.67％;局地地形对太阳散射辐射的影响比较明显;通过个例年验证对模型性能和模拟结果进行考察,年平均相对误差不足11％.综上表明模型的时空模拟性能良好.     

1981-2008年中国陆地植被NPP对气候变化响应的敏感性试验

在验证CENTURY模型对中国陆地植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)模拟能力的基础上,利用该模型探讨了1981-2008年中国陆地植被NPP的年际变异和变化趋势对CO₂浓度、温度和降水变化的响应。结果表明,中国陆地植被NPP对不同气候因子的响应程度存在明显不同。其中,CO₂浓度变化对植被NPP年际变异的影响不显著,但能够引起中国大部分地区植被NPP趋势系数增大;温度对中国中高纬度地区植被NPP的年际变化影响显著,但就全国范围而言,植被NPP年际变异对温度变化的响应程度总体低于对降水变化的响应程度;降水变化是对中国植被NPP变化趋势起主导作用的气候因子。此外,综合考虑温度和降水变化的影响发现,植被NPP变化趋势的响应特征类似于降水单独变化时植被NPP变化趋势的响应特征。