融合遥感数据的月平均气温分布式模拟参数优化的研究

作     者：姚镇海 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱新法;曾燕

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：遥感 月平均气温分布式模型 模型参数优化 中国 

摘      要：在前人关于气温模型研究的基础上,本文解决模型参数显式化表达问题,和模型参数空间分布不均匀问题,以达到参数优化的目的。结合常规站观测资料、遥感资料等多元数据,建立起参数优化后的月平均气温分布式模型。实现了我国起伏地形下月平均气温分布式模拟,并给出我国2001年lkmxlkm空间分辨率月平均气温分布图。此次研究完成的内容与相关结果如下：1)以物理经验统计模型构建理论为基础,解决有效辐射参数显式化表达问题,物理意义更加完善。对比有效辐射这一因子分别为隐式、显式表达时的模拟误差发现：后者由于参数显式化表达,模型物理意义更加明确。年均绝对误差为0.82-C,相比隐式参数模型降低0.16℃。优化后的参数系数标准差相比隐式参数有了显著改善,模拟结果稳定可靠。2)使用MODIS地表比辐射率遥感数据,合成得到我国2001年分月地表比辐射率,解决该参数空间分布非均匀估算问题。结果表明：比辐射率各值段面积比例季节变化特征各异。高值段夏低冬高、中值段夏高冬低、低值段季节变化不显著。比辐射率随坡向呈显著“双峰双谷特征。东南、西北坡出现极大值;南、北坡出现极小值。随海拔升高比辐射率呈显著地带性分布。6000m以下与NDVI随地形的变化规律类似,6000m以上两者变化差异反映裸土、冰雪覆盖下的地表特征。3)考虑到水平面长波有效辐射、地形开阔度等因素,计算得到2001年起伏地形下有效辐射月总量、年总量。结果表明：考虑到比辐射率空间分布,相比为常数0.95,有效辐射年均绝对误差降低5.07MJ/m2,平均相对误差降低0.55个百分点,模拟结果可靠。4)综合考虑海拔、起伏地形下太阳总辐射、长波有效辐射对气温的影响,计算得到2001年我国起伏地形下月平均气温分布。使用相似像元法误差分析表明：分月模拟值绝对误差最小值在6月份,为0.19℃;全年气温模拟值绝对误差为0.24C。对比三类模型误差发现：IDW插值模型较好描写气温宏观分布,但局地描写力有限,误差变化不稳定;经典地形气候调节模型的物理意义、模拟精度优于插值模型;优化模型则考虑了参数显式化表达,模型物理意义更加完善,精度比经典模型略微提高。5)气温局地分析表明：各坡地高度下气温分月变化图线基本保持相互平行,反映气温随高度递减的规律性。北纬45°处,1月、10月向阳坡距平为正,背阴坡为负,7月呈相反变化规律,4月各坡向气温距平差异很小。北纬30°处,随海拔、坡度增高,1月向阳、背阴坡气温距平差距增大,7月无明显差异。锯齿状图线分布,体现出地形遮蔽对气温的影响。气温直减率暖季高于冷季;1月南坡直减率略高于北坡;7月各坡向直减率差异迅速减小;4月、10月不同坡向气温随海拔递减特征无显著差异。对比前人研究,本文的创新之处可以归纳如下：1)将长波有效辐射显式项纳入气温模型影响要素,替换原先的隐式表达(日照百分率、水汽压的代数组合),解决气温模型参数显式化问题,参数物理意义得到显著改善。2)基于比辐射率遥感数据,使用波段合成法得到宽波段分月比辐射率。解决了比辐射率空间分布非均匀问题,完善有效辐射模型参数的物理意义与模拟精度。3)将海拔、起伏地形太阳总辐射、起伏地形长波有效辐射引入气温分布式模型,实现参数优化后的月平均气温分布式模拟。相比前人研究,提高了气温模型参数的物理意义与模拟精度。