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计算机应用 2023年第1期43卷 321-328页

作者：张军吴朋莉石陆魁史进潘斌河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300401 河北省大数据计算重点实验室(河北工业大学) 天津300401 南开大学统计与数据科学学院天津300071

针对地面气象站点分布稀疏影响站点间关系以及站点间的关系强度推理难的问题,提出一种基于联合mod11a1和地面气象站点数据的多站点温度预测深度学习模型(GDM)。GDM包括时空注意力(TSA)、双向图神经长短期记忆(DG-LSTM)网络编码和边-点... 详细信息

针对地面气象站点分布稀疏影响站点间关系以及站点间的关系强度推理难的问题,提出一种基于联合mod11a1和地面气象站点数据的多站点温度预测深度学习模型(GDM)。GDM包括时空注意力(TSA)、双向图神经长短期记忆(DG-LSTM)网络编码和边-点转换双向门控循环网络解码(EN-GRU)模块。首先使用TSA模块提取mod11a1图像特征并形成多个虚拟气象站点的温度时间序列,缓解地面气象站点分布稀疏对站点间关系的影响;然后用DG-LSTM编码器通过融合两组温度时间序列来计算地面气象站点间和虚拟气象站点间的关系强度;最后用ENGRU解码器通过结合站点间的关系强度对地面气象站点的温度时间序列关系进行建模。实验结果表明,相较于二维卷积神经网络(2D-CNN)、长短期记忆全连接网络(LSTM-FC)、长短期记忆神经网络扩展网络(LSTME)和长短记忆与自适应提升集成网络(LSTM-AdaBoost),GDM在10个地面气象站点24 h内温度预测的平均绝对误差(MAE)分别减小0.383℃、0.184℃、0.178℃和0.164℃,能提高未来24 h多个气象站点温度的预测精度。

关键词：温度预测注意力机制深度学习长短期记忆网络门控循环单元图神经网络 mod11a1 地面气象站点

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FY-4A静止气象卫星地表温度产品精度评估

FY-4A静止气象卫星地表温度产品精度评估

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作者：高亦尧南京信息工程大学

学位级别：硕士

地表温度(land surface temperature,LST)在地球表面和大气层之间的相互作用以及能量交换过程中具有关键作用,是地球科学研究不可或缺的重要参数。LST观测精度是气象、生态、水文等模型中应用地表温度数据的基础。针对中国静止气象卫星F... 详细信息

地表温度(land surface temperature,LST)在地球表面和大气层之间的相互作用以及能量交换过程中具有关键作用,是地球科学研究不可或缺的重要参数。LST观测精度是气象、生态、水文等模型中应用地表温度数据的基础。针对中国静止气象卫星FY-4A搭载的静止轨道辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)地表温度产品反演精度进行评估的研究较少,影响了FY-4A AGRI地表温度产品的推广应用。本文以中国作为研究区,利用地面站点观测到的地表温度数据,通过直接验证法评估AGRI地表温度产品的精度;进一步地考虑到地面站点的代表性问题,引入随机森林(random forest,RF)模型实现点-面尺度转换,利用部分日期每日8个时刻晴空条件下的AGRI地表温度产品和相关坡度、坡向、经纬度、植被指数和高程等参数来训练随机森林模型,并将模型应用于地面站点实测数据,以获得尺度转换后的实测数据,再次通过直接验证法评估1、4、7、10月AGRI地表温度产品的精度。在此基础上以中国中部地区为例,通过对比AGRI和modIS传感器成像时刻的角度差异,将角度校正模型用于AGRI地表温度产品进行角度校正,利用mod11a1产品开展AGRI地表温度产品精度的交叉检验。结果表明:(1)AGRI地表温度产品与地面站点观测数据在时空分布规律上较为一致,AGRI LST在不同季节存在着一定差异,夏季最低,相关性为0.68、均方根误差为10.92K,冬季相关性为0.89,均方根误差为6.89 K。(2)经过随机森林模型转换的实测站点地表温度与AGRI地表温度的平均相关系数由0.80提升到0.86,均方根误差由8.55K降低至3.62K,尺度转换后的实测站点地表温度用于直接验证法精度评估具有更高的可靠性。(3)AGRI地表温度角度校正前与mod11a1地表温度之间的相关性为0.64,均方根误差为5.45K,而角度校正之后的相关性提升到0.90,均方根误差降低2.12K,不同土地覆盖类型、不同地形的角度校正结果存在着差异,升轨(夜晚)时刻的AGRI地表温度精度高于降轨(白天)时刻。直接对比和交叉检验结果总体表明,FY-4A AGRI地表温度产品具有较高精度,能够准确表达地表温度时空分布特征与变化规律。

关键词： FY-4A AGRI地表温度产品 mod11a1 随机森林(RF) 角度校正精度评估

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基于modIS数据的近20年青藏高原冰川表面温度与反照率时空变化特征研究

基于MODIS数据的近20年青藏高原冰川表面温度与反照率时空变化特...

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作者：郄宇凡西北大学

学位级别：硕士

全球变暖背景下,中国青藏高原冰川出现不同程度的退缩趋势,冰川表面温度与反照率的反馈机制被认为是冰川加速退缩的主要原因之一。冰川表面温度决定着冰川表面热力状况分布和消融状态,冰川表面反照率是控制冰川表面能量收支过程的关键... 详细信息

全球变暖背景下,中国青藏高原冰川出现不同程度的退缩趋势,冰川表面温度与反照率的反馈机制被认为是冰川加速退缩的主要原因之一。冰川表面温度决定着冰川表面热力状况分布和消融状态,冰川表面反照率是控制冰川表面能量收支过程的关键性参数,二者对研究气候变化下冰川的响应和建立冰川能量-物质平衡模型具有重要意义。因此有必要开展青藏高原冰川表面温度和反照率的时空变化特征和影响因素的研究,为青藏高原冰川变化和物质平衡研究提供科学依据。目前,卫星遥感数据具有易获取、时间长、范围广的特点,已广泛的应用于冰川表面温度和反照率时空变化研究。本文以EOS-modIS卫星mod11a1地表温度数据和mod10A1积雪反照率数据为主要数据源,基于中国第二次冰川编目资料提取青藏高原冰川表面温度和反照率,对2001-2018年青藏高原冰川表面温度和冰川反照率分别通过像元尺度和流域尺度分析的年、季节和月时空分布特征,并分析冰川表面温度和反照率之间关系。主要得出以下结论:（1）2001-2018年青藏高原冰川表面温度年际变化呈升高趋势,速率为0.41℃/10a,2002年是表面温度相对最低的年份,2017年为相对最高的年份;2001-2018年青藏高原冰川反照率呈降低趋势,速率为-0.012/10a。青藏高原冰川表面温度和反照率呈显著负相关,2001-2018年期间年际相关系数为-0.62（p＜0.05）,春季相关系数为-0.82（p＜0.05）,夏季相关系数为-0.79（p＜0.05）,秋季相关系数为-0.85（p＜0.05）,冬季相关系数为-0.27。（2）基于像元尺度的青藏高原冰川表面温度和反照率空间分布存在明显差异。整体上,青藏高原南部冰川表面温度升温速率高于北部冰川,北部冰川反照率降低速率低于青藏高原南部冰川。不同季节冰川表面温度和反照率同样具有明显的空间分布差异,其中冬季表面温度和春季反照率空间分布差异最为明显。青藏高原北部、南部冰川的表面温度和反照率有不同的月变化特征。（3）选取10条典型冰川分析其表面温度和反照率时空变化特征。不同类型及区域冰川的表面温度和反照率的平均值和年际变化速率存在明显空间分布特征。青藏高原北部的极大陆型冰川反照率较高,反照率年际降低速率较小,冰川表面温度低于南部的海洋型冰川;青藏高原东南部的海洋型冰川其反照率较低,其反照率年际降低速率较大,同时冰川表面温度大部分较高,而且升温速率远高于北部冰川。（4）基于流域尺度将青藏高原分为11个流域,分别计算各流域冰川表面温度和反照率的年际及季节变化速率。冰川物质平衡与冰川反照率之间有一定正相关关系,冰川反照率降低速率较高的流域,其物质平衡亏损往往严重,例如位于青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域和萨尔温江流域。（5）根据不同类型冰川,统计青藏高原冰川表面温度和反照率随海拔的变化速率。在4000-7000m海拔区间,海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川表面温度主要呈升温趋势,随海拔增加,表面温度升温速率逐渐降低;各类型冰川反照率均呈降低趋势,随海拔增加,反照率降低速率逐渐减缓。冬季不仅是各海拔带表面温度升温速率最高季节,也是反照率降低速率最大季节。

关键词：青藏高原冰川 mod11a1 冰川表面温度 mod10A1 冰川反照率

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