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MODIS近红外水汽产品的检验、改进及初步应用—以黑河流域金塔绿洲为例

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红外与毫米波学报 2007年第2期26卷 107-111页

作者：孟宪红吕世华张堂堂中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用野外观测资料检验MODIS近红外水汽产品表明,该产品精度较低,不适合研究区大气水汽含量分析研究.考虑误差产生的原因,调整空间分辨率并引入地表覆盖类型信息进行反演,结果表明,反演的平均相对误差为4.47%,绝对误差为0.0456g/cm2,说... 详细信息

利用野外观测资料检验MODIS近红外水汽产品表明,该产品精度较低,不适合研究区大气水汽含量分析研究.考虑误差产生的原因,调整空间分辨率并引入地表覆盖类型信息进行反演,结果表明,反演的平均相对误差为4.47%,绝对误差为0.0456g/cm2,说明改进后结果有较大改善,精度较高.同时使用MODTRAN模拟出大气水汽含量与透过率存在较好的负相关关系,并据此计算大气透过率,为下一步计算地表温度及能量平衡中的各分量奠定基础.

关键词：遥感反演 MODIS 大气透过率大气水汽含量

AMSR-E遥感土壤湿度产品在青藏高原地区的适用性

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农业工程学报 2014年第13期30卷 194-202页

作者：席家驹文军田辉张堂堂中国科学院寒区旱区环境与工程研究所中国科学院陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

卫星遥感土壤湿度产品有广泛的应用前景,但其精度已引起学术界的高度关注。针对被动微波遥感反演土壤湿度的准确性问题,该文对比分析了3种国际上比较广泛关注的高级微波扫描辐射计/地球观测系统(AMSR-E/EOS)土壤湿度产品(JAXA,NASA及VUA... 详细信息

卫星遥感土壤湿度产品有广泛的应用前景,但其精度已引起学术界的高度关注。针对被动微波遥感反演土壤湿度的准确性问题,该文对比分析了3种国际上比较广泛关注的高级微波扫描辐射计/地球观测系统(AMSR-E/EOS)土壤湿度产品(JAXA,NASA及VUA)。首先,利用试验观测数据评价了3种土壤湿度产品的精度,分析了不同植被覆盖和降水对被动微波遥感反演土壤湿度精度的影响。结果表明:在平坦裸露地表,被动微波遥感反演土壤湿度具有较高精度,卫星降轨数据估算土壤湿度与实测值相关系数大于0.7,均方根误差小于0.16,但在高密度植被区域误差较大,相关系数小于0.7,均方根误差最大可达到0.2。然后,分析了降水发生时刻土壤湿度产品的精度,结果表明:3种产品精度均有不同程度下降,但NASA产品的相关系数仍然能够达到0.69。在此基础上,基于青藏高原土壤湿度观测网,制作了青藏高原地区土壤湿度时空分布图,对比了3种产品对青藏高原地区土壤湿度时空分布特征描述的准确性,分析了其适应性,发现NASA与VUA产品在空间分布上符合青藏高原地区土壤湿度的空间分布特征,但在土壤湿度值的变化范围上仍均存在较大误差,在具体的应用中,可以利用实测数据对产品进行线性回归校正,以消除系统性误差。该研究可为基于AMSR-E土壤湿度产品的应用与研究提供参考。

关键词：遥感土壤湿度青藏高原 AMSR-E 适用性

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黄土高原典型塬区土壤热性质变化特征研究

高原气象 2019年第3期38卷 507-517页

作者：马欣张堂堂陈金雷中国科学院西北生态环境资源研究院/寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站甘肃平凉744015 中国科学院西北生态环境资源研究院/冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000

利用2014年7月至2015年1月黄土高原地区土壤含水量和土壤热性质观测资料,分析了该区域土壤热性质及其变化特征,并讨论了降水对土壤热性质的影响,结果显示:(1)除10 cm外,各层土壤热扩散率整体上呈现夏季下降,秋季平稳,冬季上升三个阶段,... 详细信息

利用2014年7月至2015年1月黄土高原地区土壤含水量和土壤热性质观测资料,分析了该区域土壤热性质及其变化特征,并讨论了降水对土壤热性质的影响,结果显示:(1)除10 cm外,各层土壤热扩散率整体上呈现夏季下降,秋季平稳,冬季上升三个阶段,土壤体积比热容和土壤导热率表现为夏季上升,秋季平稳,冬季下降的趋势;100 cm处的土壤热扩散率始终高于40 cm,土壤热扩散率不随土壤深度增加而线性增加。(2)5 cm与10 cm层的土壤热性质均有明显日变化特征,且振幅较大,40 cm与100 cm处的日变化振幅逐渐变小。由于10 cm层土壤含水量的波动最大,该层的土壤热性质变化波动也最大。(3)土壤温度与土壤热扩散率随降水增加而下降,土壤热扩散率下降主要是土壤含水量较高时,土壤导热率与土壤体积比热容变化的幅度不一致所致;土壤体积比热容与土壤导热率随降水量增加而上升,降水主要通过土壤含水量的变化影响土壤热性质。

关键词：黄土高原土壤热扩散率土壤导热率土壤体积比热容

基于MODIS数据的金塔绿洲上空大气水汽含量反演研究

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水科学进展 2007年第2期18卷 264-269页

作者：孟宪红吕世华张宇张堂堂中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

2004年夏季,选择天气状况较好的时段在金塔县施放探空气球,采集高空温、压、湿等气象要素计算整层大气水汽含量。同时选取EOS-MODIS遥感资料近红外波段,反演整层大气水汽含量。反演结果与实测结果对比表明:最大相对误差为8.02%、最小相... 详细信息

2004年夏季,选择天气状况较好的时段在金塔县施放探空气球,采集高空温、压、湿等气象要素计算整层大气水汽含量。同时选取EOS-MODIS遥感资料近红外波段,反演整层大气水汽含量。反演结果与实测结果对比表明:最大相对误差为8.02%、最小相对误差为0.70%,平均相对误差为4.5%,反演结果可信。从绿洲上空水汽含量区域分布及沿着探空站南北向和东西向剖面看,水汽含量在空间分布上存在较大差异。戈壁沙漠上空水汽含量相对较少,绿洲上空水汽含量相对较大;绿洲边缘或通过沙漠的窄长护林带、河流以及水渠附近,存在着影响绿洲稳定和发展的“晒衣绳效应”。

关键词：金塔绿洲水汽含量中分辨率成像光谱仪遥感反演晒衣绳效应

近期气候变暖念青唐古拉山拉弄冰川处于退缩状态

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冰川冻土 2004年第6期26卷 736-739页

作者：张堂堂任贾文康世昌中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院青藏高原研究所北京100085

1999和2003年在念青唐古拉山冰川考察期间,采用GPS对拉弄冰川末端位置进行了测量,并将将测量结果与1970年航摄冰川末端位置进行对比分析.结果表明:1970—1999年拉弄冰川末端退缩了285m,平均年退缩量9.8m;1999—2003年拉弄冰川退缩13m,... 详细信息

1999和2003年在念青唐古拉山冰川考察期间,采用GPS对拉弄冰川末端位置进行了测量,并将将测量结果与1970年航摄冰川末端位置进行对比分析.结果表明:1970—1999年拉弄冰川末端退缩了285m,平均年退缩量9.8m;1999—2003年拉弄冰川退缩13m,平均年退缩量3.25m.由于冰川对气候的响应有一定滞后性,近年来气候持续变暖将使拉弄冰川继续保持退缩状态.

关键词：冰川退缩气候变暖拉弄冰川念青唐古拉山

卫星微波遥感结合可见光遥感估算黄河源区土壤湿度研究

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遥感技术与应用 2013年第2期28卷 300-308页

作者：何媛文军张堂堂田辉刘蓉吕少宁赖欣中国科学院寒区旱区环境与工程研究所陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000

利用欧洲环境卫星(ENVISAT)搭载的高级合成孔径雷达ASAR(Advanced Synthesis Aper-ture Radar)交叉极化模式(APP)2009年8月9日和10月6日的数据对青藏高原东北部玛曲地区土壤湿度进行了估算。对于裸土区域采用表层微波后向散射几何光学模... 详细信息

利用欧洲环境卫星(ENVISAT)搭载的高级合成孔径雷达ASAR(Advanced Synthesis Aper-ture Radar)交叉极化模式(APP)2009年8月9日和10月6日的数据对青藏高原东北部玛曲地区土壤湿度进行了估算。对于裸土区域采用表层微波后向散射几何光学模型GOM(Geometry Op-tics Model),对于植被覆盖度大的区域利用"水—云"模型处理植被层对后向散射系数的影响,取得了较好的结果:遥感估算的土壤湿度值和地面实测值之间的均方根误差RMSE0.82,表明该方法适合反演玛曲地区的土壤水分。从遥感估算的总体结果可以看出:山谷和陡峭山坡的反演结果相对较差,而在相对平坦的地区反演结果较好,估算的土壤湿度值在0.20～0.50m3/m3之间。

关键词：土壤湿度 ENVISAT ASAR GOM模型 “水—云”模型

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黄河源区土壤湿度时空分布的模拟研究

高原气象 2017年第1期36卷 129-137页

作者：何媛文军黄彦彬张堂堂赖欣康悦余海海南省人工影响天气中心海口570203 海南省气象台海口570203 中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点试验室中国科学院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000 成都信息工程大学大气科学学院成都610225 海南省防雷中心海口570203

利用1961-2010年普林斯顿大学每3 h一次、1°×1°的大气强迫场数据驱动公用陆面模式CLM4.0(Common Land Model,version4.0)对黄河源区土壤湿度的时空分布进行了模拟试验,合理优化了CLM 4.0中土壤有机质和土壤质地属性参数,将模拟结果... 详细信息

利用1961-2010年普林斯顿大学每3 h一次、1°×1°的大气强迫场数据驱动公用陆面模式CLM4.0(Common Land Model,version4.0)对黄河源区土壤湿度的时空分布进行了模拟试验,合理优化了CLM 4.0中土壤有机质和土壤质地属性参数,将模拟结果与荷兰自由大学AM SR-E土壤湿度产品进行了对比分析,并利用玛曲土壤湿度观测站点的观测数据对模拟结果进行了验证。结果表明,CLM4.0模式能较好的模拟黄河源区土壤湿度的空间分布及变化趋势,在优化陆面有机质和土壤质地数据参数后,模拟的土壤湿度空间分布更合理,但CLM4.0模拟的土壤湿度比地面观测值和AMSR-E土壤湿度产品的土壤湿度偏低。

关键词： CLM4.0 黄河源区土壤湿度模拟

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

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高原气象 2012年第6期31卷 1530-1538页

作者：吕少宁文军张宇王少影张堂堂田辉刘蓉中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍... 详细信息

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。

关键词：涡动相关平均时间黄土高原湍流通量

黄河源区植被覆盖度对区域气候影响的数值模拟

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高原气象 2011年第4期30卷 989-995页

作者：张静辉文军张堂堂罗亚勇史小康田辉中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用1997-2006年8km空间分辨率的AVHRR/NDVI,得到了与区域气候模式RegCM3具有相同分辨率的植被覆盖度时间序列,并用其替代RegCM3模式中默认的植被覆盖度,对黄河源区主要气候要素进行了数值模拟。结果表明,使用卫星遥感估算的植被覆盖度... 详细信息

利用1997-2006年8km空间分辨率的AVHRR/NDVI,得到了与区域气候模式RegCM3具有相同分辨率的植被覆盖度时间序列,并用其替代RegCM3模式中默认的植被覆盖度,对黄河源区主要气候要素进行了数值模拟。结果表明,使用卫星遥感估算的植被覆盖度,模拟的黄河源区气象台站月平均气温更接近实测值,局地降水量也有一定的改善,近地面感热通量和潜热通量的模拟精度也有一定的提高,且潜热通量的模拟效果比感热通量的相对要好些。

关键词：黄河源区植被覆盖度区域气候模式数值模拟