利用MODIS数据计算中国地表短波净辐射通量的研究

地表短波净辐射是辐射能量的重要收入部分,对研究地表辐射平衡、地气能量交换以及各种天气气候的形成都具有决定性的意义。目前国际上利用卫星数据计算地表短波净辐射大多采用空间分辨率较低的宽通道反照率数据(如ERBE卫星数据,空间分辨率为35km),这难以满足局部尺度的能量平衡和蒸散等研究的需要。本文利用空间分辨率达1km的窄通道多光谱MODIS卫星数据,通过相关处理计算,无需气象数据和地面测量数据的参与,就获得了中国的地表短波净辐射通量分布图。经与禹城地区地面实测数据对比可知,晴空时均方根误差小于20 W/m2,有云时均方根误差小于35 W/m2,表明本文使用的地表短波净辐射反演方法适合中国范围地表短波净辐射的计算。

晴天条件下基于FY-2E数据的地表短波净辐射的反演方法

地表短波净辐射是辐射能量的重要组成部分.高时间、高空间分辨率的地表短波净辐射数据对长时间区域尺度气象变化和陆表水文循环等方面的研究具有重要意义.当前大多数遥感地表短波净辐射的研究基于极轨卫星观测数据,而利用高时间分辨率的静止卫星数据来反演多时相地表短波净辐射的研究则较少,更缺少日变化的地表短波净辐射产品.基于此,开展了基于中国静止气象卫星数据FY-2E的地表短波净辐射反演研究,并利用实测辐射观测数据对反演结果进行验证.结果表明:在晴天条件下,均方根误差(RMSE)为27.51 W/m^2,决定系数(R^2)为0.99;在除去冬季的晴天条件下,R^2为0.99,RMSE为15.36 W/m^2.该结果表明本文提出的地表短波净辐射反演方法具有较高的精度,适于长时间区域尺度气象变化等方面的研究.

基于RegCM4.6的中国地区云对地表太阳辐射的影响研究

使用RegCM4.6区域气候模式,选取Emanuel和Mix(Grell+Emanuel)两种积云对流参数化方案,以2016年为例,分别对中国地区云短波辐射强迫及其涉及的物理量进行数值模拟,揭示其时空分布特征,同时对两种积云对流参数化方案模拟效果的差异及其原因进行了分析。结果表明:两种方案得到的季节空间分布特征大致相同。云短波辐射强迫,从季节平均分布来看,全国地表云短波辐射强迫均为负值,即云对地表具有冷却效应,这种效应冬季最小,春夏季较大;从空间分布来看,塔里木盆地四季均为辐射强迫低值区,夏季冷却效应最弱,辐射强迫绝对值低于40 W·m^(-2)。全天空地表净短波辐射分布也呈显著季节差异,除夏季外,分布均呈现由南向北逐渐递减趋势。晴空地表净短波辐射在横断山脉处和塔里木盆地处均比较低,其中春季最为明显。相同季节,两种参数化方案所得的数值存在差异,差异最大的季节是春季,全国大部分地区全天空地表净短波辐射通量差异约在55 W·m^(-2);差异最明显区域为青藏高原,晴空地表净短波辐射通量相差约60 W·m^(-2)。

基于机器学习的日尺度短波净辐射气候资源遥感反演研究

日尺度地表短波净辐射(DNSSR)是大部分陆面过程模型、全球环流模型、陆-气交换过程模型和各种水文模型的重要输入参数,在自然资源调查、生态环境监测、能量平衡研究等领域具有重要的研究意义和实用价值。本文通过匹配MODIS双星遥感观测和FLUXNET日尺度地面观测数据,筛选出包含18个自变量总计15531对的有效样本,利用机器学习的随机森林方法构建了日尺度DNSSR遥感反演模型,并利用地面实测数据对模型结果进行了真实性检验。结果表明,构建的日尺度DNSSR遥感模型的偏差Bias为-0.1 W/m2,均方根误差RMSE为27.8W/m2,决定系数R2为0.90,表现出良好的精度。基于此过程,得到MODIS双星反演的DNSSR全球分布结果,并与不同季节下再分析ERA5数据扩展得到的DNSSR数据进行了对比,发现两者全球分布特征基本一致,且均与太阳能量随季节变化分布特点密切相关。为进一步证实验证的结果,将ERA5和地面站点实测数据作了进一步的对比,结果从侧面证实了本文构建的MODIS的DNSSR产品精度远高于ERA5的DNSSR,而且其产品空间分辨率也有了极大提升。研究结果证明,本文提出的基于MODIS双星观测与机器学习的日尺度DNSSR反演模型具有反演精度高、空间分辨率高、具备时间连续性等优点,能够有效移植至其他气候资源的遥感反演。