陸表能量與水分交換過程的遙感觀測與模擬

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 面向的科學(xué)問題和國家重大需求 2
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3
1.3.1 陸面模式發(fā)展及能量和水分交換過程的模擬研究現(xiàn)狀及問題 4
1.3.2 遙感觀測驅(qū)動的陸表能量與水分交換過程模擬研究現(xiàn)狀及問題 7
1.3.3 數(shù)據(jù)同化研究中的問題和發(fā)展趨勢 10
1.4 展望與小結(jié) 11
參考文獻 12
第一部分 陸表能量與水循環(huán)關(guān)鍵要素的遙感觀測
第2章 陸表土壤水分的遙感觀測 19
2.1 土壤水分遙感概述 19
2.1.1 土壤水分觀測方法與遙感原理 19
2.1.2 土壤水分被動微波遙感研究進展 27
2.2 多角度數(shù)據(jù)聯(lián)合反演土壤水分 30
2.2.1 SMOS多角度亮溫數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法 31
2.2.2 SMOS植被光學(xué)厚度與土壤水分反演算法 33
2.2.3 算法驗證分析 35
2.3 多通道數(shù)據(jù)協(xié)同反演土壤水分 42
2.3.1 多通道數(shù)據(jù)的信息度 42
2.3.2 多通道協(xié)同反演算法 45
2.3.3 算法驗證分析 47
2.4 土壤水分產(chǎn)品的空間降尺度 53
2.4.1 主被動微波降尺度 54
2.4.2 高低頻微波亮溫降尺度 60
2.5 土壤水分長時序產(chǎn)品構(gòu)建 66
2.5.1 時間尺度擴展方法 67
2.5.2 產(chǎn)品驗證分析 69
參考文獻 74
第3章 陸表積雪的遙感觀測 81
3.1 積雪光學(xué)遙感原理 82
3.2 構(gòu)建積雪覆蓋度驗證數(shù)據(jù)集 84
3.2.1 Landsat-8 OLI積雪覆蓋度“真值數(shù)據(jù)”算法說明與精度檢驗 84
3.2.2 驗證數(shù)據(jù)集建立流程及內(nèi)容 87
3.3 三種MODIS積雪覆蓋度產(chǎn)品驗證 88
3.3.1 產(chǎn)品精度評價方法 90
3.3.2 精度評價結(jié)果 91
3.3.3 結(jié)果分析 99
3.4 MODIS積雪指數(shù)改進 107
3.4.1 歸一化差值積雪指數(shù)(NDSI)的局限 107
3.4.2 通用型比值積雪指數(shù)(URSI) 108
3.4.3 積雪覆蓋度與URSI及NDSI線性經(jīng)驗關(guān)系 108
3.4.4 積雪覆蓋度與URSI及NDSI線性經(jīng)驗關(guān)系驗證 111
3.5 基于風(fēng)云二號靜止氣象衛(wèi)星的積雪覆蓋度監(jiān)測算法 113
3.5.1 FY-2/VISSR數(shù)據(jù) 114
3.5.2 驗證數(shù)據(jù)與輔助數(shù)據(jù) 114
3.5.3 FY-2/VISSR積雪覆蓋度反演算法 115
3.5.4 FY-2 VISSR積雪覆蓋度驗證對比 117
3.6 基于新一代靜止氣象衛(wèi)星積雪覆蓋度反演算法 124
3.6.1 研究區(qū)與Himawari-8 AHI數(shù)據(jù) 125
3.6.2 Himawari-8積雪覆蓋度反演算法?動態(tài)積雪指數(shù)法 127
3.6.3 Himawari-8積雪覆蓋度反演流程 130
3.6.4 Himawari-8反射率角度校正 131
3.6.5 Himawari-8積雪覆蓋度驗證 135
3.6.6 Himawari-8積雪覆蓋度的時空連續(xù)性 142
3.6.7 Himawari-8積雪覆蓋度誤差來源分析 143
3.7 靜止氣象衛(wèi)星與MODIS融合的積雪覆蓋度 146
3.7.1 基于風(fēng)云二號靜止氣象衛(wèi)星與MODIS積雪覆蓋度融合算法 146
3.7.2 基于新一代靜止氣象衛(wèi)星與中分辨率成像光譜儀積雪覆蓋度融合算法 147
3.8 本章小結(jié) 149
參考文獻 150
第4章 陸表凍融狀態(tài)的遙感觀測 154
4.1 陸表凍融狀態(tài)遙感概述 154
4.1.1 陸表凍融過程觀測方法與遙感原理 154
4.1.2 陸表凍融狀態(tài)微波遙感研究進展 161
4.2 近陸表凍融狀態(tài)遙感判別算法 164
4.2.1 全球近陸表凍融狀態(tài)的判別分析 164
4.2.2 長時序陸表凍融狀態(tài)的遙感判別 172
4.3 高分辨率陸表凍融狀態(tài)遙感判別 176
4.3.1 單變量降尺度模型 176
4.3.2 雙變量降尺度模型 179
4.4 本章小結(jié) 183
參考文獻 184
第5章 陸表輻射的遙感觀測 187
5.1 陸表短波下行輻射的遙感觀測 187
5.1.1 引言 187
5.1.2 幾種典型陸表短波下行輻射的驗證與比較 188
5.1.3 短波下行總輻射與直射輻射的遙感估算 197
5.1.4 復(fù)雜地形區(qū)短波輻射量建模與反演 204
5.2 陸表長波下行輻射的遙感觀測 209
5.2.1 引言 209
5.2.2 長波下行輻射的光學(xué)與微波融合估算方法 210
5.3 凈輻射遙感估算 215
5.3.1 引言 215
5.3.2 算法 217
5.3.3 產(chǎn)品驗證 219
5.3.4 應(yīng)用分析 226
參考文獻 229
第6章 全球逐日內(nèi)陸水體時間序列制圖 236
6.1 引言 236
6.2 算法開發(fā) 239
6.2.1 水體典型特征 239
6.2.2 數(shù)據(jù) 241
6.2.3 方法與原理 249
6.2.4 精度驗證 262
6.3 驗證結(jié)果 263
6.3.1 基于同步高分辨率衛(wèi)星影像 263
6.3.2 基于專家樣本 263
6.3.3 基于現(xiàn)有全球水體制圖產(chǎn)品 266
6.4 數(shù)據(jù)產(chǎn)品 266
6.4.1 數(shù)據(jù)產(chǎn)品介紹 266
6.4.2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品存在的問題 269
6.4.3 數(shù)據(jù)產(chǎn)品特色 273
6.5 本章小結(jié) 278
參考文獻 278
第二部分 陸表蒸散發(fā)遙感估算及尺度轉(zhuǎn)換研究
第7章 陸表蒸散發(fā)遙感 285
7.1 陸表蒸散發(fā)基本理論和測算方法 285
7.1.1 蒸散發(fā)機理 285
7.1.2 蒸散發(fā)觀測方法 286
7.1.3 蒸散發(fā)遙感估算常用方法 287
7.2 陸表蒸散發(fā)過程分量遙感估算 289
7.2.1 植被蒸騰和土壤蒸發(fā)過程 290
7.2.2 冠層降水截留過程 299
7.2.3 冰雪升華過程 303
7.3 遙感觀測陸表關(guān)鍵狀態(tài)變量對陸表蒸散發(fā)估算的改進 308
7.3.1 遙感觀測凈輻射對蒸散發(fā)估算的改進 308
7.3.2 動態(tài)水體對蒸散發(fā)估算的改進 309
7.3.3 積雪覆蓋度對蒸散發(fā)估算的改進 311
7.3.4 凍融狀態(tài)對蒸散發(fā)估算的改進 313
7.4 全球蒸散發(fā)產(chǎn)品 315
7.4.1 全球蒸散發(fā)產(chǎn)品生產(chǎn) 315
7.4.2 全球蒸散發(fā)產(chǎn)品驗證 316
7.5 本章小結(jié) 318
參考文獻 319
第8章 陸表蒸散發(fā)觀測和模擬的尺度效應(yīng)與尺度擴展 325
8.1 陸表蒸散發(fā)觀測和模擬的尺度效應(yīng)概述 325
8.1.1 陸表蒸散發(fā)觀測尺度效應(yīng) 325
8.1.2 陸表蒸散發(fā)模擬的尺度效應(yīng) 327
8.2 蒸散發(fā)地面觀測到遙感像元尺度擴展 328
8.2.1 蒸散發(fā)觀測到遙感像元尺度擴展概述 328
8.2.2 陸表蒸散發(fā)尺度擴展與真實性檢驗研究方法 329
8.2.3 尺度擴展與真實性檢驗結(jié)果分析 335
8.3 蒸散發(fā)模擬尺度效應(yīng)分析及真實性檢驗 343
8.3.1 陸表蒸散發(fā)模擬尺度效應(yīng)分析 343
8.3.2 陸面過程模型粗網(wǎng)格蒸散發(fā)模擬的真實性檢驗 349
8.4 本章小結(jié) 352
參考文獻 353
第三部分 基于遙感觀測的陸表能水循環(huán)模擬研究
第9章 遙感在陸表能水循環(huán)模擬中的應(yīng)用 363
9.1 引言 363
9.2 陸面模型簡介 364
9.2.1 陸面模型的發(fā)展歷史 364
9.2.2 主流陸面模式簡介 366
9.3 遙感在陸表能水循環(huán)模擬中的應(yīng)用現(xiàn)狀 368
9.3.1 遙感產(chǎn)品在驅(qū)動數(shù)據(jù)中的應(yīng)用 368
9.3.2 基于遙感產(chǎn)品改善模型初始狀態(tài) 370
9.3.3 遙感產(chǎn)品在模型參數(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 372
9.4 展望與小結(jié) 372
參考文獻 373
第10章 基于遙感觀測的陸面模式參數(shù)優(yōu)化 377
10.1 單點CoLM陸面模式參數(shù)優(yōu)化 377
10.1.1 多種抽樣方法的比較 377
10.1.2 基于替代模型自適應(yīng)抽樣的多目標參數(shù)優(yōu)化方法 380
10.2 黑河流域CoLM模式的區(qū)域參數(shù)優(yōu)化 388
10.2.1 COLM參數(shù)優(yōu)化實施方案 388
10.2.2 COLM單點模擬與參數(shù)優(yōu)化 392
10.2.3 COLM黑河區(qū)域尺度參數(shù)優(yōu)化 396
10.3 陸面模式CLM在全球尺度的參數(shù)敏感性分析和優(yōu)化研究 400
10.3.1 陸面模式簡介 400
10.3.2 可調(diào)參數(shù)與模擬變量 401
10.3.3 方法與數(shù)據(jù) 406
10.3.4 結(jié)果與分析 412
參考文獻 429
第11章 基于遙感觀測的陸表初始狀態(tài)優(yōu)化 433
11.1 引言 433
11.2 研究方法 435
11.2.1 預(yù)報和觀測系統(tǒng) 435
11.2.2 水分平衡弱約束的同化系統(tǒng) 435
11.2.3 同化算法的改進 436
11.2.4 檢驗統(tǒng)計量 437
11.3 模型和數(shù)據(jù) 439
11.3.1 研究區(qū)域和觀測資料 439
11.3.2 驅(qū)動數(shù)據(jù) 439
11.3.3 陸面模式 440
11.4 理想實驗 440
11.4.1 實驗設(shè)計 440
11.4.2 預(yù)報誤差方差的擴大調(diào)整和垂直局地化 441
11.4.3 水分平衡約束 443
11.5 站點驗證 444
11.6 區(qū)域驗證 445
11.7 討論與小結(jié) 446
11.7.1 預(yù)報誤差方差的調(diào)整 446
11.7.2 偏差的校正 447
11.7.3 主要結(jié)論 447
參考文獻 447
第12章 區(qū)域應(yīng)用：青藏高原陸?氣耦合模擬研究 452
12.1 引言 452
12.2 高分辨率陸面過程模擬及交叉驗證 452
12.2.1 高分辨率陸面過程模擬 452
12.2.2 土壤水分觀測 453
12.2.3 交叉驗證 455
12.3 基于WRF對次網(wǎng)格地形拖曳力參數(shù)化方案的評估 459
12.3.1 模式設(shè)置 459
12.3.2 風(fēng)速 460
12.3.3 2?M氣溫和氣壓 463
12.3.4 討論 464
12.3.5 小結(jié) 467
12.4 TOFD對青藏高原夏季降水的影響 468
12.4.1 研究方法和數(shù)據(jù) 468
12.4.2 風(fēng)場的模擬結(jié)果 469
12.4.3 討論 471
12.4.4 小結(jié) 473
參考文獻 473