留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

遥感-测站相结合的动态雪深反演方法初探

赵亮 朱玉祥 程亮 王成林

赵亮, 朱玉祥, 程亮, 等. 遥感-测站相结合的动态雪深反演方法初探. 应用气象学报, 2010, 21(6): 685-697..
引用本文: 赵亮, 朱玉祥, 程亮, 等. 遥感-测站相结合的动态雪深反演方法初探. 应用气象学报, 2010, 21(6): 685-697.
Zhao Liang, Zhu Yuxiang, Cheng Liang, et al. A dynamic approach to retrieving snow depth based on integration of remote sensing and observed data. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(6): 685-697.
Citation: Zhao Liang, Zhu Yuxiang, Cheng Liang, et al. A dynamic approach to retrieving snow depth based on integration of remote sensing and observed data. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(6): 685-697.

遥感-测站相结合的动态雪深反演方法初探

资助项目: 

国家重点基础研究发展计划项目 2007CB411505

国家自然科学基金青年科学基金项目“青藏高原积雪年际和年代际变率原因研究” 40805026

A Dynamic Approach to Retrieving Snow Depth Based on Integration of Remote Sensing and Observed Data

  • 摘要: 该文结合2000年专用传感器微波成像仪(SSM/I)的亮温数据和我国观测站雪深资料,提出了一种遥感测站相结合的动态雪深反演方法,试图用统计关系的时空动态化方案克服理论上亮温与不同类型积雪之间物理关系的复杂性,从而提高测站稀疏区和雪盖边缘区的雪深反演精度。其最大特点在于反演系数并不固定,而随时间和空间变化, 较好地改善了单一系数反演方法中积雪物理性质的区域性差异和时间(季节)性差异带来的反演误差。初步分析表明:这种遥感测站相结合的反演方法所得的积雪空间分布连续性好,在雪盖边缘区和站点稀疏区也能得到较合理的雪深数据;与静态遥感反演法和可见光雪盖面积相比,这种方法克服了它们在华北和华中低估雪盖面积的缺点,积雪面积分布更接近真实场,对西部积雪分布的反演也有一定改善。
  • 图  1  中国境内各格点到相邻最近观测站点的距离分布 (阴影) 以及2000年1月15日有雪 (白点) 和无雪 (黑点) 站点分布

    Fig. 1  The distribution of distances between each grid point and its nearest station (shaded area), stations with snow (white dot) and without snow (black dot) in China on 15 Jan 2000

    图  2  遥感-测站相结合的时空动态雪深反演方法技术路线

    Fig. 2  Technical route of the temporal-spatial dynamic approach to retrieving snow depth based on integration of remote sensing and observed data

    图  3  2000年1月21日我国境内动态反演系数 (a)、动态反演雪深 (b)、观测雪深 (c) 和Chang92方法反演雪深 (d) 及2000年1月17-23日NSIDC周雪盖分布 (e)

    Fig. 3  Dynamic retrieval coefficients (a), dynamic retrieval snow depth (b), observed snow depth (c) and retrieval snow depth by Chang 92 approach (d) on 21 Jan 2000 with NSIDC snow cover distribution during 17-23 Jan 2000(e) in China

    图  4  2000年1月27日我国境内动态反演系数 (a)、动态反演雪深 (b)、观测雪深 (c) 和Chang92方法反演雪深 (d) 及2000年1月24-30日NSIDC周雪盖分布 (e)

    Fig. 4  Dynamic retrieval coefticients (a), dynamic retrieval snow depth (b), observed snow depth (c) and retrieval snow depth by Chang92 approach (d) on 21 Jan 2000 with NSIDC distribution during 24-30 Jan 2000(e) in China

    图  5  应用不同方法得到的2000年1月21日站点反演雪深与观测雪深散点图

    Fig. 5  Scatter plots of observed and retrieval snow depth in each station by different approaches on 21 Jan 2000

    图  6  不同方法的误差空间分布以及总体误差百分率分布

    Fig. 6  The spatial distribution of error and the distribution of global error percentage

    图  7  2000年1月9日-12月31日有雪站点的平均雪深 (a)、标准差 (b) 和误差 (c) 的逐日演变

    Fig. 7  The daily evolutions of averaged snow depth (a), its standard deviation (b) and error (c) of the stations with snow from 9 Jan to 31 Dec in 2000

    图  8  2000年1月9日-12月31日动态反演方法和Chang92方法反演准确率 (曲线,误差阈值:5cm) 与有雪站数 (柱状图) 逐日演变

    Fig. 8  The daily evolutions of retrieval accuracy rates (curve, error threshold: 5 cm) of the dynamic and Chang92 approaches, and the number (histogram) of stations with snow from 9 Jan to 31 Dec tn 2000

    表  1  2000年1月15日不同站点观测雪深与SSM/I亮温差的关系

    Table  1  The relationship between observed snow depth and SSM/I brightness temperature difference at 5 stations on 15 Jan 2000

    表  2  北京站2000年1月11-28日观测雪深与亮温差关系

    Table  2  The relationship between observed snow depth and brightness temperature difference in Beijing during 11-28 Jan 2000

    表  3  动态反演方法与Chang92方法准确率比较 (单位:%)

    Table  3  The comparison of accuracy rates between the dynamic retrieval approach and Changes92 approach (unit:%)

  • [1] 陈烈庭.青藏高原冬春季异常雪盖与江南前汛期降水关系的检验和应用.应用气象学报, 1998, 9(增刊):1-8. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQX8S1.000.htm
    [2] 谢志辉, 罗勇.青藏高原雪盖变化对我国气候的影响.应用气象学报, 1999, 10(增刊):122-131. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQX9S1.014.htm
    [3] Drusch M, Vasiljevic D, Viterbo P.ECMWF's global snow analysis:Assessment and revision based on satellite observations.J Applied Meteor, 2004, 43:1282-1294. doi:  10.1175/1520-0450(2004)043<1282:EGSAAA>2.0.CO;2
    [4] 刘玉洁, 郑照军, 王丽波.我国西部地区冬季雪盖遥感和变化分析.气候与环境研究, 2003, 8(1):114-123. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHYH200301013.htm
    [5] Mcginnis D F, Pritchard, J A, Wiesnet D R.Snow Depth and Snow Extent Using VHRR Data from NOAA-2 Satellite.NOAA, Technical Memorandum, NESS, 63, 1975.
    [6] 曾群柱, 冯学智.西藏那曲积雪深度的综合分析方法.中国科学院兰州冰川冻土研究所集刊 (第8号).北京:科学出版社, 1995:56-61.
    [7] 陈乾.用AVHRR资料反演祁连山积雪参量.冰川冻土, 1990, 12(4):485-496.
    [8] 周咏梅, 贾生海, 刘萍.利用NOAA-AVHRR资料估算积雪参量.气象科学, 2001, 21(1):117-121. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKX200101014.htm
    [9] 梁天刚, 吴彩霞, 陈全功, 等.北疆牧区积雪图像分类与雪深反演模型的研究.冰川冻土, 2004, 26(2):160-165. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCDT200402007.htm
    [10] 延昊.NOAA16卫星积雪识别和参数提取.冰川冻土, 2004, 26(3):367-373. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCDT200403020.htm
    [11] 李三妹, 傅华, 黄镇, 等.用EOS/MODIS资料反演积雪深度参量.干旱区地理, 2006, 29(5):718-725. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDL200605020.htm
    [12] 刘艳, 张璞, 李杨, 等.基于MODIS数据的雪深反演———以天山北坡经济带为例.地理与地理信息科学, 2005, 21(6):41-44. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLGT200506011.htm
    [13] 裴欢, 房世峰, 覃志豪, 等.基于遥感的新疆北疆积雪盖度及雪深监测.自然灾害学报, 2008, 17(5):52-57. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZRZH200805010.htm
    [14] 吴杨, 张佳华, 徐海明, 等.卫星反演积雪信息的研究进展.气象, 2007, 33(6):3-10. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXX200706000.htm
    [15] Chang A T C, Foster J L, Hall D K.Nibus27 SMMR derived global snow cover parameters.Ann Glaciol, 1987, 9:39-44.
    [16] Foster J L, Chang A T C, Hall D K.Comparison snow mass estimates from a prototype passive microwave snow algorithm, a revised algorithm and snow depth climatology.Remote Sens Environ, 1997, 62:132-142. doi:  10.1016/S0034-4257(97)00085-0
    [17] Tait A B.Estimation of snowwater equivalent using passive microwave radiation data.Remote Sens Environ, 1998, 64(2):286-291.
    [18] 曹梅盛, 李培基, Robinson D A, 等.中国西部积雪SSMR微波遥感的评价与初步应用.环境遥感, 1993, 8(3):260-269.
    [19] 曹梅盛, 李培基.中国西部积雪微波遥感监测.山地研究, 1994, 12(4):231-233. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDYA404.006.htm
    [20] 柏延臣, 冯学智, 李新, 等.青藏高原雪深被动微波遥感反演与结果评价.遥感学报, 2001, 5(3):161-165.
    [21] 陈爱军, 刘玉洁, 杜秉玉.应用AMSU资料监测中国地区雪盖的初步研究.应用气象学报, 2005, 16(1):35-44. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20050105&flag=1
    [22] 车涛. 积雪被动微波遥感反演与积雪数据同化方法研究. 兰州: 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 2006. http: //www. oalib. com/references/16110366
    [23] 李晓静, 刘玉洁, 朱小祥, 等.利用SSM/I数据判识我国及周边地区雪盖.应用气象学报, 2007, 18(1):12-20. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20070103&flag=1
    [24] Jin Y Q.Simulation of a multi-layer model of dense scaterers for anomalous scattering signatures from SSM/I snow data.International Journal of Remote Sensing, 1997, 18(12):2531-2538. doi:  10.1080/014311697217459
    [25] Shi J, Dozier J.Estimation of snow water equivalence using SIR-C/X-SAR. II.Inferring snow depth and particle size.IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 2000, 38(6):2475-2488. doi:  10.1109/36.885196
    [26] Ulaby FT, Moore R K, Fung A K.Microwave Remote Sensing:Active and Passive.Volume III:From Theory to Applications.Norwood, M A:Artech House, 1986:1065-2162.
    [27] Walker A E, Goodison B E.Discrimination of a wet snow cover using passive microwave satellite data.Ann Glaciol, 1993, 17:307-311.
    [28] Matzler C.Passive microwave signatures of landscapes in winter.Meteorol Atmos Phys, 1994, 54:241-260. doi:  10.1007/BF01030063
    [29] Grody N C.Classification of snow cover and precipitation using the special sensor microwave imager.Journal of Geophysical Re-search, 1991, 96:7423-7435. doi:  10.1029/91JD00045
    [30] Neale C M U, McFarland M L, Chan gK.Land-surface-type classification using microwave brightness temperatures from the special sensor microwave/imager.IEEE Trans Geosci Remote Sens, 1990, 28(5):829-837. doi:  10.1109/36.58970
    [31] Kelly R E, Chang A T, Tsang L, et al.A prototype AMSRE global snow area and snow depth algorithm.IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 2003, 41(2):230-242. doi:  10.1109/TGRS.2003.809118
    [32] Armstrong R L, Knowles K W, Brodzik M J, et al.DMSP SSM/I Pathfinder Daily EASE-Grid Brightness Temperatures.Boulder, Colorado USA:National Snow and Ice Data Center, 2003.
    [33] Cressman G P.An operational objective analysis system.Mon Wea Rev, 1959, 87:367-374. doi:  10.1175/1520-0493(1959)087<0367:AOOAS>2.0.CO;2
    [34] 王跃山.客观分析和四维同化———站在新世纪的回望 (Ⅱ) 客观分析的主要方法 (1).气象科技, 2001, 1:1-9. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKJ200101000.htm
    [35] 冯锦明, 赵天保, 张英娟.基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较.气候与环境研究, 2004, 6:261-277. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QHYH200402003.htm
    [36] 高峰, 李新, ArmstrongRL, 等.被动微波遥感在青藏高原积雪业务监测中的初步应用.遥感技术与应用, 2003, 18(6):360-363. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YGJS200306002.htm
    [37] Chang A T C, Foster J L, Hall D K, et al.The use of microwave radiometer data for characterizing snow storage in western China.Ann Glaciol, 1992, 16:215-219.
    [38] 车涛, 李新.青藏高原积雪深度和雪水当量的被动微波遥感反演.冰川冻土, 2004, 26(3):363-368. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCDT200403019.htm
    [39] 延昊, 张佳华.基于SSM/I被动微波数据的中国积雪深度遥感研究.山地学报, 2008, 26(1):59-64. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDYA200801013.htm
    [40] Noh Y-J, Liu G, Jones A S, et al.Toward snowfall retrieval over land by combining satellite and in situ measurements.J Geophys Res, 2009, 114, D24205, doi: 10.1029/2009JD012307.
    [41] 车涛, 李新.1993—2002年中国积雪水资源时空分布与变化特征.冰川冻土, 2005, 27(1):64-67. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCDT20050100C.htm
    [42] Chang A T C, Foster J L, Hall D K.Satellite sensor estimates of northern hemisphere snow volume.International Journal of Remote Sensing, 1990, 11(1):167-171. doi:  10.1080/01431169008955009
    [43] 李培基, 曹梅盛, ChangA T C, 等.中国西部SMMR积雪图的修正.冰川冻土, 1992, 14(4):366-374. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BCDT199204008.htm
    [44] 柯长青, 李培基.青藏高原积雪分布与变化特征.地理学报, 1998, 53(3):209-215. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLXB803.002.htm
    [45] Grody N C, Basist A N.Global identification of snowcover using SSM/I measurements.IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 1996, 34:237-249. doi:  10.1109/36.481908
  • 加载中
图(8) / 表(3)
计量
  • 摘要浏览量:  3633
  • HTML全文浏览量:  882
  • PDF下载量:  1327
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-26
  • 修回日期:  2010-07-12
  • 刊出日期:  2010-12-31

目录

    /

    返回文章
    返回