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基于GOES数据和弱约束变分的地表水热通量估算 被引量:7
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作者 刘翔舸 黄健熙 +2 位作者 秦军 王鹏新 徐同仁 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期236-245,245,共10页
基于弱约束的四维变分方法和陆面过程模式发展了一个地表温度的陆面数据同化系统。本文反演了地球静止业务环境卫星(Geostationary operational environmental satellite,GOES)的地表温度,并将反演的地表温度同化入陆面过程模式,改进陆... 基于弱约束的四维变分方法和陆面过程模式发展了一个地表温度的陆面数据同化系统。本文反演了地球静止业务环境卫星(Geostationary operational environmental satellite,GOES)的地表温度,并将反演的地表温度同化入陆面过程模式,改进陆面过程模式中地表水热通量的估算精度。以弱约束的变分方法通过在代价函数中增加弱约束项代替陆面过程模式动力方程组中存在的模式误差,构建新的代价函数并对其优化,从而改善模式中显热与潜热的估算精度。将GOES地表温度与实测地表温度进行比较,其均方根误差(RMSE)作为试验中的观测误差。选择美国通量网AmeriFlux中2个主要农业站点的气象和通量数据作为试验数据,对同化系统进行驱动和验证。结果表明同化后的地表温度、潜/显热估算精度均有提高。其中,各站地表温度RMSE平均仅为1 K,显热通量平均RMSE下降22 W/m2,潜热通量平均RMSE下降26 W/m2。因此结合陆面过程模式的弱约束变分方法同化GOES反演温度产品估算近地表水热通量的方法是有效且可行的。 展开更多
关键词 地表水热通量 弱约束四维变分地球静止业务环境卫星 地表温度反演 地表陆面过程模式 数据同化
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同化MODIS温度产品估算地表水热通量 被引量:10
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作者 徐同仁 刘绍民 +1 位作者 秦军 梁顺林 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期989-1009,共21页
基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作... 基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作为同化系统的观测算子。将MODIS地表温度与实测地表温度进行了比较,将其均方差(Root Mean Square Error,RMSE)作为观测误差。选取3个美国通量网站点(Blackhill、Bondville、Brookings)作为实验数据,结果表明:同化结果中地表温度、显热通量的估算精度均有提高。其中Blackhill站的估算精度改进最大,均方差由81.5W·m-2减小到58.4W·m-2,Bondville站均方差由47.0W·m-2减小到31.8W·m-2,Brookings站均方差由46.5W·m-2减小到45.1W·m-2。潜热通量估算精度在Bondville站均方差由88.6W·m-2减小到57.7W·m-2,Blackhill站均方差由53.4W·m-2减小到47.2W·m-2。总之,结合陆面过程模型同化MODIS温度产品估算地表水热通量是可行的。 展开更多
关键词 MODIS温度产品 通用陆面模式 集合卡尔曼滤波 地表水热通量
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区域地表水热通量遥感的空间不均匀性分析 被引量:6
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作者 张文江 陆其峰 高志强 《自然科学进展》 北大核心 2007年第10期1383-1390,共8页
针对区域地表水热通量遥感的尺度问题,详细分析了地表水热过程的空间异质性成因,阐明由于对地表水热过程的机理认识和参数化的水平限制,脱离具体问题而严格遵循水热机理过程来模拟空间绝对详尽的区域水热通量不可行也不必要.文中引入尺... 针对区域地表水热通量遥感的尺度问题,详细分析了地表水热过程的空间异质性成因,阐明由于对地表水热过程的机理认识和参数化的水平限制,脱离具体问题而严格遵循水热机理过程来模拟空间绝对详尽的区域水热通量不可行也不必要.文中引入尺度曲线,分析了地表参数空间异质性和遥感观测能力之间的空间尺度权衡关系,定性解释了二者尺度曲线的交点有助于确定区域地表水热通量遥感的尺度.最后通过实例建议了基于多尺度一致性指数比较的方法,可用以判断地表水热通量的空间异质性.研究表明,可行并可信地估算区域尺度地表水热通量,须考虑地表参数的空间尺度特征,权衡遥感观测的有限性与水热过程的复杂性. 展开更多
关键词 地表水热通量 区域 空间异质性 遥感尺度 尺度曲线
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集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究
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作者 刘翔舸 王鹏新 +2 位作者 唐伯惠 黄健熙 陶欣 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期393-399,共7页
采用了顺序同化方法,利用集合卡尔曼滤波(EnKF)耦合一个简单陆面过程模型,从而完成了改善地表水热通量估算精度的研究工作。在建立同化系统的过程中,对同化系统的模型误差进行了探讨和设定,并通过已建立的同化系统对EnKF中的集合大小设... 采用了顺序同化方法,利用集合卡尔曼滤波(EnKF)耦合一个简单陆面过程模型,从而完成了改善地表水热通量估算精度的研究工作。在建立同化系统的过程中,对同化系统的模型误差进行了探讨和设定,并通过已建立的同化系统对EnKF中的集合大小设定进行了试验。利用山东禹城试验站提供的站点实测数据与MOD16产品数据,进行同化系统的驱动和通量结果的验证。结果表明,以EnKF方法的数据同化系统能较好地完成对地表水热通量的估算,通过与MODIS ET(MOD16A2)产品的对比试验,证明该方法具有一定的稳定性和适用性,能较准确地对地表水热通量进行估算。 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波 陆面过程模型 地表温度 顺序滤波的同化 地表水热通量
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大尺度地表水热通量的观测、分析与应用 被引量:31
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作者 刘绍民 李小文 +5 位作者 施生锦 徐自为 白洁 丁晓萍 贾贞贞 朱明佳 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1113-1127,共15页
大尺度地表水热通量的观测对实现地面台站观测通量的空间尺度扩展,验证水文模型、数值天气与气候预报模式以及检验遥感监测产品等意义重大。以闪烁仪为例,从测量仪器与观测试验、观测数据的处理与分析、观测数据的应用等方面论述了大尺... 大尺度地表水热通量的观测对实现地面台站观测通量的空间尺度扩展,验证水文模型、数值天气与气候预报模式以及检验遥感监测产品等意义重大。以闪烁仪为例,从测量仪器与观测试验、观测数据的处理与分析、观测数据的应用等方面论述了大尺度地表水热通量的国内外研究进展,并对其发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 大尺度 地表水热通量 闪烁仪
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喀斯特城市地物覆盖率变化对地表水热通量的影响 被引量:2
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作者 王修信 王恺宁 +2 位作者 王敏华 孙涛 朱启疆 《长江流域资源与环境》 CAS CSSCI CSCD 北大核心 2021年第4期956-967,共12页
为了分析中国西南地区桂林喀斯特城市快速扩展所引发的地物覆盖变化对热环境的影响,利用改进METRIC模型和Landsat遥感数据反演喀斯特城市地表水热通量,并使用地面同步观测值进行验证,分析植被、建筑、水体、裸土、裸岩等地物覆盖率变化... 为了分析中国西南地区桂林喀斯特城市快速扩展所引发的地物覆盖变化对热环境的影响,利用改进METRIC模型和Landsat遥感数据反演喀斯特城市地表水热通量,并使用地面同步观测值进行验证,分析植被、建筑、水体、裸土、裸岩等地物覆盖率变化对地表水热通量的影响。结果表明:地物覆盖率在取值中段存在对地表水热通量影响的显著范围,植被覆盖率在0.1~0.8、建筑覆盖率在0.2~0.8、裸土率和裸岩率在0.2~0.9的影响明显高于地物覆盖率极低和极高范围。在影响显著范围,植被覆盖率、水体覆盖率增加0.1,使得潜热通量分别升高4.0%~12.0%、2.0%~5.0%,而显热通量分别降低5.0%~16.0%、3.0%~11.0%;建筑覆盖率、裸土率、裸岩率增加0.1,使得显热通量分别升高5.0%~17.0%、3.0%~11.0%、4.0%~14.0%,而潜热通量分别降低3.0%~9.0%、2.0%~8.0%、4.0%~9.0%。植被覆盖率增加使得潜热通量升高、显热通量降低的效果明显高于水体覆盖率,建筑覆盖率增加使得显热通量升高、潜热通量降低的效果明显高于裸土率,略高于裸岩率。 展开更多
关键词 地表水热通量 METRIC模型 地表覆盖率变化 影响分析 喀斯特城市
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城市人工林LAI季节变化对地表水热通量的影响 被引量:2
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作者 王修信 刘馨 朱启疆 《干旱区资源与环境》 CSSCI CSCD 北大核心 2012年第3期48-51,共4页
为定量评价北京城区绿化人工林叶面积指数LAI变化对改善生态环境效果的影响。2006年4月~2007年3月在北京海淀公园人工林架设涡度相关系统连续观测地表潜热和显热通量,提出LAI-2000实验观测LAI与遥感测量林地面积的加权平均法以估算整... 为定量评价北京城区绿化人工林叶面积指数LAI变化对改善生态环境效果的影响。2006年4月~2007年3月在北京海淀公园人工林架设涡度相关系统连续观测地表潜热和显热通量,提出LAI-2000实验观测LAI与遥感测量林地面积的加权平均法以估算整个林地LAI,研究LAI季节变化对通量的影响。结果表明:随LAI的增长,潜热占净辐射的比例增加而显热占净辐射的比例减少,具有明显的月变化特征;6~8月LAI>2.0,潜热占净辐射的比例最高,晴天在60%以上,阴天在45%以上,而显热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴天约5%。12~2月LAI<0.5,潜热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴晴天的差异很小;显热占净辐射的比例最高,晴天高于40%,而阴天略低于晴天。 展开更多
关键词 城市人工林 涡度相关法 地表水热通量 LAI季节变化 影响分析
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基于集合卡尔曼滤波的土壤温湿度同化试验 被引量:2
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作者 杜娟 刘朝顺 高炜 《气象科学》 北大核心 2016年第2期184-193,共10页
以通用陆面模式CLM 3.0(Community Land Model 3.0)为模型算子,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)发展了一个土壤温湿度同化系统,主要用于改进模式对土壤温湿度和地表水热通量的模拟精度,并考察集合样本数、同化频率及... 以通用陆面模式CLM 3.0(Community Land Model 3.0)为模型算子,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)发展了一个土壤温湿度同化系统,主要用于改进模式对土壤温湿度和地表水热通量的模拟精度,并考察集合样本数、同化频率及不同观测量的组合对同化效果的影响。该系统同化了FLUXNET两个站点(阿柔和Bondville)不同土壤深度、不同时间频率的土壤温度和湿度数据。通过对阿柔站不同集合样本数的设计,综合考虑计算成本和计算精度,最终将集合样本数设置为40。通过分析三种同化方案对同化频率的敏感性得出,同化土壤温度最为敏感,同时同化土壤温湿度次之,同化土壤湿度最不敏感。对于阿柔站点,同化系统对不同土壤深度温度和湿度的模拟精度均能提高90%,潜热通量的均方根误差由94.0 W·m^(-2)降为46.3 W·m^(-2),感热通量均方根误差由55.9 W·m^(-2)降为24.6 W·m^(-2)。Bondville站点浅层土壤温度的改进在30%左右,深层土壤温度改进达到60%,对土壤湿度的改进均在70%以上,潜热通量和感热通量的均方根误差分别从57.4 W·m^(-2)和54.4 W·m^(-2)降为51.0 W·m^(-2)和42.5 W·m^(-2)。试验结果表明,同化站点土壤温湿度数据对土壤水热状况及通量的模拟改进非常有效,同时也验证了同化土壤水分遥感产品的可行性和必要性。 展开更多
关键词 通用陆面模式 集合卡尔曼滤波 陆面数据同化 土壤温湿度 地表水热通量
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考虑碳氮水过程的动态根系方案在陆面模式SSiB4中的应用及效果评估 被引量:4
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作者 张一帆 缪昕 郭维栋 《高原气象》 CSCD 北大核心 2020年第3期511-522,共12页
根系是植被重要组成部分,根系的动态变化可以通过调节根系吸水量改变土壤湿度,进而影响土壤蒸发等物理过程及植被蒸腾、光合作用等生化过程,最终改变生态系统物质循环和水热循环。本研究考虑土壤水分胁迫及土壤养分(氮)胁迫,模拟根系碳... 根系是植被重要组成部分,根系的动态变化可以通过调节根系吸水量改变土壤湿度,进而影响土壤蒸发等物理过程及植被蒸腾、光合作用等生化过程,最终改变生态系统物质循环和水热循环。本研究考虑土壤水分胁迫及土壤养分(氮)胁迫,模拟根系碳量在不同土壤层中的动态分配过程,用根系碳量比例表征根系的动态变化。基于SSiB4模式在亚马逊地区BRSa3站点、中国江西千烟洲CN-Qia站点进行单点模拟试验,研究动态根系方案对土壤湿度及陆气通量模拟结果的影响。结果表明:根系动态分布使更多深层土壤水分被吸收利用,改善了浅层土壤湿度的模拟效果,进而提高二氧化碳通量、感热及潜热通量的模拟精度。其中,BRSa3站点和CN-Qia站点浅层土壤湿度日平均的观测值与模拟值的相关系数分别提高了0.02和0.04,二氧化碳通量的相关系数分别提高了0.76和0.13,均通过99%显著性水平检验;改进了BRSa3站点干旱季和CN-Qia站点夏季碳吸收能力,二氧化碳通量的绝对偏差的改进幅度分别为33%和106%,二氧化碳通量日平均的观测值与模拟值的相关系数,分别提高了0.17和0.26,均通过99%显著性水平检验。总体而言,模拟时间段内各变量都更接近观测值,土壤湿度和二氧化碳通量的改进效果比感热通量和潜热通量的改进效果更加显著,土壤湿度通过土壤物理作用对感热通量和潜热通量的间接影响方式可能是造成差别的原因。各变量在BRSa3站点的改善更明显一些,不同植被覆盖类型的根系深度与结构可能是造成结果差别的主要原因。 展开更多
关键词 动态根系方案 陆面模式 土壤湿度 地表水热通量 二氧化碳通量
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