基于DInSAR的洪河国家级自然保护区沼泽水位相对变化量监测研究

水文是沼泽形成、发育和演化的决定性因素.目前,沼泽水位的监测仍然以实地观测为主,需要花费大量的人力和物力.以洪河国家级自然保护区为研究区,利用2007年6?10月星载相控阵L波段合成孔径雷达(phase array type L-band synthetic aperture radar,L-band PALSAR)数...     

空间数据插值的自动化方法研究

克里金插值是空间数据插值的常用方法,其关键在于变异函数的正确拟合。目前一些空间统计分析工具及开发包对变异函数的拟合主要以一定的人工经验为先导,通过直观的方法来确定变异函数的一些参数并反复调整,这种人工干预的操作步骤不仅妨碍了克里金插值的自动化,参数设置和模型选择也没有科学理论依据,因此预测的结果往往不精确。针对这一问题,围绕着自动化目标,基于R语言中的变异函数的自动拟合函数实现了自动克里金插值,并对自动拟合模型进行了自动交叉验证。实验结果表明该空间数据插值自动化方法可行。     

利用HJ-1B模拟数据反演地表温度的两种单通道算法

针对HJ-1B热红外波段特点,采用修正型QK & B算法,反演广州市2013-01-14的地表温度（land surface temperature,LST）。建立偏微分方程得出,当辐射率误差为0.01时,引起的LST误差约为0.6 K,LST误差与大气透过率成反比,与大气透过率误差成正比,0.1的透过率误差引起LST误差约1 K。大气水汽含量w误差与LST误差成线性关系,当大气水汽含量误差为0.1 g/cm²时,引起LST误差约为0.2 K。LST反演误差与近地表气温误差和大气平均作用温度误差均成正比,1 K的近地表气温误差引起LST反演误差约1K。总的来说,LST反演误差与区间比值和大气平均作用温度误差和近地表气温误差相关。用算法反演出来的广州市地表温度与MOD11_L2温度产品具有较强的空间一致性,温度差值曲线呈正态分布,主要集中在-0.9~0.9℃区域,选取广州市6个观测点,得出修正型QK & B算法和实测地温平均值相差约为0.31 K,MOD11_L2与实测地温的温度平均值相差0.65 K,误差均小于1 K。通过对修正型QK & B算法偏微分方程的推导,可对HJ-1B/IRS中的LST反演进行更细致和精确的分析,为其他针对环境卫星热红外波段类似反演LST的算法提供一定的借鉴,也为后续提高LST反演精度提供科学依据。     

风云三号C星微波湿温探测仪的定标和验证

风云三号C星(FY-3C)已经于2013年9月23日发射升空,其上装载的微波湿温探测仪(MWHTS)已于9月30日开机正常工作.MWHTS具有对大气温度和湿度垂直分布进行同步探测的能力.MWHTS为跨轨扫描式微波辐射计,在89~191 GHz毫米波段内设置了十五个探测通道,其中包括118.75 GHz氧气吸收线附近的8个大气温度探测通道,183.31 GHz水汽吸收线附近的5个大气湿度探测通道,以及89 GHz和150 GHz两个窗区通道.设置在118.75 GHz的一组毫米波探测通道是国际上业务卫星首次使用的大气探测通道,这组通道和183.31 GHz通道对大气进行联合探测,将获得更加精细的大气温湿度垂直分布数据,为数值预报和气候研究提供丰富信息.为保证MWHTS观测资料的定量应用,对仪器性能和定标精度进行了在轨测试.利用MWHTS在轨正常工作后的三个月数据,对仪器在轨定标的基础数据:冷空和黑体计数值,黑体和仪器温度进行监测分析和质量检验,经过质量检验的在轨定标基础数据,结合发射前真空试验得到的非线性订正项在轨定标生成MWHTS观测亮温数据.评估MWHTS在轨辐射定标结果的精度和偏差特性使用了三种方法:1 通过场地定标试验获取大气温湿廓线和地面温度等大气参数信息,结合微波逐线正演辐射传输模式MonoRTM(Monochromatic Radiative Transfer Model)模拟MWHTS的上行微波辐射亮温,与MWHTS实际观测结果进行对比分析;2 两个通道特性一致的同类星载被动微波载荷同时观测同一目标,观测亮温的差异主要取决于两个载荷的定标系统偏差.选取美国SNPP上搭载的微波探测仪器ATMS作为MWHTS的参考载荷,基于SNO(simultaneous nadir overpass)技术,对两个仪器的观测亮温进行交叉比对,观测亮温时空匹配及均匀性检验的条件为:观测时间差异小于20 min,观测像元中心距离小于3 km,观测角度在星下点附近差异小于5°,观测像元周围3×3像元内的亮温标准差小于1 K;3 基于美国国家环境预测中心的全球数据同化系统GDAS(Global Data Assimilation System)数据,利用快速辐射传输模式CRTM(Community Radiative Transfer Model)对MWHTS各通道亮温进行正演模拟,模拟结果(O)和仪器实际观测的亮温(B)之间的差异记为"O-B",对偏差值"O-B"进行统计特征分析.仪器中心频率的变化、正演模式模拟精度和模式输入廓线自身的误差都会对"O-B"产生影响.但是对于首次使用的探测频点而言(如118.75 GHz通道),由于国际上没有同类载荷可以进行交叉比对,借助于正演辐射传输模式计算得到"O-B"偏差的分析结果可以在一定程度上反映仪器整体定标情况.外场地定标试验结果显示除通道14外,其他14个通道的亮温差都在1.3 K以内;与同类载荷ATMS的在轨观测进行直接交叉比对表明通道14与ATMS的亮温偏差最大,但中心频点一致的5个水汽探测通道的标准差都小于1 K;将MWHTS观测结果和正演辐射传输模式模拟结果即"O-B"进行偏差分析显示,靠近118.75 GHz吸收线中心的通道2—6"O-B"标准差小于0.5 K,其他通道"O-B"标准差和ATMS相应通道的结果相当;MWHTS观测和模拟偏差随角度变化的研究表明通道1,7~13和15观测结果对角度有一定依赖性.     

东亚地区YoungerDryas气候突变的数值模拟研究

YoungerDryas(YD)气候突变事件是近两万年中一次全球性的气候急剧变冷事件。文章试图在东亚地区YD事件的若干证据基础上,从海洋、冰盖和大气的热力学以及动力学角度出发,利用气候模拟方法就东亚地区YD气候突变的机制和一些成因假说进行敏感性试验。模拟结果表明,因淡水通量异常引起的海洋表面温度降低是YD形成的直接原因。海洋大气耦合作用对于YD传播强度及时间不同步具有重要作用。除北大西洋淡水通量异常的作用外,南半球海洋的淡水通量异常可能对东亚地区的YD事件有着更重要的贡献。海洋耦合大气环流模式模拟表明,东亚与欧洲降温具有不同步性,最大变化速率欧洲达到-0.122℃/a,东亚地区为-0.067℃/a。模拟结果与东亚地区YD时期的气候记录在特征上能够进行对比,反映了模拟试验的边界和强迫条件的设计接近东亚古气候状况,因而模拟结果对分析海洋、冰盖和大气的热力学以及动力学探讨揭示YD气候事件的物理机制和动力原因具有可靠的依据。     

NEAT approach for testing and validation of geospatial network agent-based model processes: case study of influenza spread

ABSTRACT

Agent-based models (ABM) are used to represent a variety of complex systems by simulating the local interactions between system components from which observable spatial patterns at the system-level emerge. Thus, the degree to which these interactions are represented correctly must be evaluated. Networks can be used to discretely represent and quantify interactions between system components and the emergent system structure. Therefore, the main objective of this study is to develop and implement a novel validation approach called the NEtworks for ABM Testing (NEAT) that integrates geographic information science, ABM approaches, and spatial network representations to simulate complex systems as measurable and dynamic spatial networks. The simulated spatial network structures are measured using graph theory and compared with empirical regularities of observed real networks. The approach is implemented to validate a theoretical ABM representing the spread of influenza in the City of Vancouver, Canada. Results demonstrate that the NEAT approach can validate whether the internal model processes are represented realistically, thus better enabling the use of ABMs in decision-making processes.     

CYGNSS海表风场观测数据验证及其可能的应用

海表面风场可以用于获取许多大气和海洋现象的信号,高质量、高时空分辨率的海表面风场数据产品将有利于海洋-大气动力过程的研究.本文使用全球热带系泊浮标阵列计划（Global Tropical Moored Array Programs）的锚定浮标风场数据和西沙通量塔气象观测资料验证了Cyclone Global Navigation Satellite System （CYGNSS）的35°N~35°S海面遥感风场观测数据.结果表明,CYGNSS海表面风场与实测资料存在着2.17 m/s左右的平均均方根误差（RMSD）,它可能源于观测数据和卫星遥感资料的观测误差,以及两者在空间和时间上未严格匹配而引起的代表性误差.另外,CYGNSS海表面风速的时间演变与实测资料非常一致,展现了CYGNSS在研究海洋-大气能量和动量交换过程方面的潜在应用价值.本文使用Madden-Julian Oscillation （MJO）和赤道东部印度洋上升流事件作为两个个例,说明了CYGNSS海表面风场资料的潜在应用价值.     

中国区域高分辨率多源降水观测产品的融合方法试验

高质量、高分辨率降水产品研制对于数值天气模式检验、水文陆面模拟、山洪地质灾害监测有着重要意义。利用中国近4万自动气象站逐时降水资料、中国雷达定量降水估计和CMORPH卫星反演降水产品,开展0.05°×0.05°和0.01°×0.01°两种高分辨率下的三源降水融合方法研究试验,探讨如何有效引入雷达高分辨率信息来提高降水产品质量。一方面,在0.05°分辨率上,先以自动气象站观测降水数据为基准,采用概率密度函数（PDF）匹配法订正雷达和卫星估测降水产品的系统偏差,将雷达降水产品的偏差从-0.05 mm/h降至-0.008 mm/h;再采用贝叶斯模型平均（BMA）方法融合雷达和卫星降水产品,形成0.05°分辨率的中国区域覆盖完整且最优的联合降水背景场。此外,在0.01°分辨率上,以0.05°分辨率的卫星-雷达贝叶斯模型平均联合降水产品为背景,采用1 km雷达估测降水的空间结构信息进行降尺度,亦能有效提高0.01°分辨率背景场的质量。然后,分别以不同分辨率的卫星-雷达联合降水产品为背景,采用统计方法量化误差估计,再采用最优插值方法融入地面观测。通过2419个中国国家级气象台站的独立样本检验,评估了多种类型的降水资料及融合试验产品在中国地区的质量。结果表明,两种分辨率的三源融合试验产品的精度均优于任何单一来源的降水产品,特别是在站点稀疏地区,降水精度均较融合前有显著提高,达到了较好的融合效果,其中在0.05°分辨率上采用“概率密度函数+贝叶斯模型平均+最优插值”方法的三源融合降水产品整体质量最好,而0.01°分辨率上基于“概率密度函数+贝叶斯模型平均+降尺度+最优插值”方法的三源融合降水产品在强降水监测上更有优势。      

基于微雨雷达的降水参数反演和粒子相态识别

本文基于微雨雷达原始的后向散射信号,采用一种新的功率谱处理算法（RaProM算法）,在功率谱计算、噪声去除、退模糊等处理的基础上计算了雷达基本参量,并反演了液态降水参数,例如雷达反射率因子、雨强等,并对粒子相态进行识别。RaProM算法综合考虑粒子下落速度、等效雷达反射率因子、不同相态粒子的尺度特征以及是零度层亮带位置等信息,可识别的粒子相态包括雪、毛毛雨、雨、冰雹以及混合相态。选取了三个山东地区较为典型的个例对RaProM反演算法进行验证,即2021年7月2日典型层状云降水个例、2019年12月25日雨雪转换个例以及2018年3月4日零度层高度逐渐降低的降水个例。结果显示：粒子识别方法应用于典型层状云降水,垂直方向上不同相态粒子的分层较为明显,过冷层里的固态降水雪花、零度层附近冰水转换区的混合相态降水以及零度层以下的液态降水符合现有认识,验证了反演算法以及粒子识别算法的有效性。将结果进一步在雨雪转换降水相态识别中和零度层高度的检测,该反演算法均能得到较好应用,与同址同步观测的微波辐射计、云雷达、二维视频雨滴谱仪等观测结论一致。另外,与微雨雷达标准反演算法对比,RaProM算法的优势是...