【摘 要】
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积雪是冰冻圈中的一个主要元素,其对气候变化具有高度的敏感性和重要的反馈作用。积雪的高反射率特性影响着陆地表面的能量流通,进而影响全球和区域气候变化以及生态系统变化。政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其第五次评估报告中声明:从1901年至2012年以来,全球平均地表温度加速升高。中国地域辽阔,是北半球积雪分布最广的国家,随着全球气候变暖,积雪对气候变化的动态响应成为影响我国社会经济和自然生态系统
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积雪是冰冻圈中的一个主要元素,其对气候变化具有高度的敏感性和重要的反馈作用。积雪的高反射率特性影响着陆地表面的能量流通,进而影响全球和区域气候变化以及生态系统变化。政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其第五次评估报告中声明:从1901年至2012年以来,全球平均地表温度加速升高。中国地域辽阔,是北半球积雪分布最广的国家,随着全球气候变暖,积雪对气候变化的动态响应成为影响我国社会经济和自然生态系统的重要因素之一。在积雪的诸多特性中,雪深(Snow Depth,SD)是许多水文和气候模型的一个重要输入参数。因此,准确的雪深信息对于研究积雪对气候变化、水文循环、生态系统变化的响应关系十分重要。传统的雪深信息由人工直接测量获得,但人工无法到达的偏远地区的雪深难以直接获取。随着遥感技术的发展,使得大范围雪深信息的获取成为可能。光学遥感数据时空分辨率较高,但易受云雾的干扰,被动微波数据可以穿透云雾,但是空间分辨率较粗。结合二者的各自特点,多源遥感数据的融合方式可以发挥两种传感器的优势,从而提高雪深遥感反演的时空分辨率和精度,高时空分辨率,高精度的雪深数据也是流域水文和气候模型的重要输入因子。因此,本研究综合使用多源遥感数据,利用最新的MODIS逐日积雪面积比例数据SSEmod-FSC、AMSR 2 L1B亮度温度数据,发展了一种基于多源数据融合的空间动态降尺度雪深反演算法(Spatial Dynamic Down-scaling,SDD),并生成了2017-2018年积雪季中国区域空间分辨率为500 m的逐日雪深数据集。此外,激光雷达测高技术在区域尺度上的雪深估算模式已经非常成熟,能够方便、高效的获取区域尺度高精度的雪深信息,但因其经济成本高的限制,难以实现大区域上的雪深监测。幸运的是星载激光测高雷达卫星ICESat-2(Ice,Cloud and land Elevation Satellite,ICESat-2)可测量地表高程,通过监测降雪前后的高程的变化来获取雪深,这为大范围雪深监测提供可能监测雪深提供了一种新的方法。因此,本研究尝试使用激光测高雷达卫星ICESat-2的地表高程数据(ATL08),利用有雪期和无雪期的卫星轨迹交点自高差法获取雪深信息,探索了ICESat-2卫星能否提供可靠雪深信息的潜力。本研究结果表明:(1)使用多源数据融合的空间动态降尺度雪深反演算法(SDD)在中国的雪深反演精度较高。在空间分布上,积雪的块状分布结构明显得到缓解,积雪分布状态更接近实际情况;在精度上,利用中国三大积雪区气象站实测雪深数据和积雪调查数据验证发现反演雪深与实测雪深一致性较高,雪深的实测值和估算值之间的决定系数R2为0.74,均方根误差RMSE为2.9 cm。(2)在空间动态降尺度雪深反演算法中,AMSR 2亮度温度数据在深雪区发挥了主要作用。在两种数据都能识别到的较浅积雪区,两种共同作用提高雪深反演精度以避免雪深的高估现象,而在AMSR 2识别不到积雪的区域,SSEmod-FSC数据发挥了主要作用,从而减少了积雪的漏识误差,避免了浅雪区雪深的低估现象。(3)激光测高雷达卫星ICESat-2有比较出色的估算雪深的潜力,经过在北疆阿勒泰区域的调查发现:利用ICESat-2 ATL08地表高程数据获取的雪深与气象站雪深吻合度较高(R2=0.83),均方根误差(RMSE=4.16 cm)和平均绝对误差均较低(MAE=3.37 cm)。然而目前ICESat-2获取的数据量较小,不利获取大范围雪深信息。但随着数据量的积累,星载激光测高雷达数据将为获取大范围雪深信息提供一种新的有效方法。
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