风云二号卫星数据反演地表短波净辐射的方法研究

发布时间：2017-10-14 14:36

  本文关键词：风云二号卫星数据反演地表短波净辐射的方法研究

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【摘要】：地表短波净辐射(NSSR)显著影响着区域乃至全球的气候变化,是地表能量收支平衡的一个重要驱动因子。到目前为止,许多学者提出了各种各样估算NSSR的方法。然而,针对我国静止气象卫星风云二号(FY-2D)数据估算NSSR的研究几乎没有。本文基于大气辐射传输模型MODTRAN4和中国静止气象卫星风云二号(FY-2D)数据结合Tang等(2006)建立的针对MODIS反演地表短波净辐射算法提出了针对FY-2D数据估算地表短波净辐射的方法。首先,用MODTRAN4建立晴空和有云条件下,考虑多种大气情况、不同下垫面等因素后形成的辐射值数据库,由此数据库分别建立晴空和有云天气下大气顶部宽通道反照率(r)与窄通道反射率(ρ1)之间的关系;然后分别建立了晴空和有云条件下对应于陆地、海洋和冰雪三种类型下的地表吸收系数(a_s)与宽通道反照率(r)之间的关系,依此关系得到NSSR估算的方法。最后利用地面观测点数据对该方法进行了验证,并利用风云二号数据对晴空下北京区域的地表短波净辐射进行了示范应用。模拟数据结果表明:晴空条件下估算的宽通道反照率(r')与真实宽通道反照率(r)均方根误差(RMSE)小于0.0151,对陆地、海洋、冰雪三种地表类型而言,估算的NSSR 与真实 NSSR 的 RMSE 分别为 25.7432 W/m~2,10.1038 W/m~2,22.5303 W/m~2;有云条件下,无论是积云、高层云、层云还是三种云混合情况下估算的宽通道反照率(r')与真实宽通道反照率(r)均方根误差(RMSE)都小于0.0116,同时,对应于陆地、海洋和冰雪地表类型的 RMSE 分别是 19.3346 W/m~2、11.8353 W/m~2、20.7291 W/m~2。考虑到输入参数的误差将影响NSSR估算结果,对晴空条件下的输入参数大气水汽含量(w)、大气顶部窄通道反射率(ρ_1)、太阳高度角(SZA)以及观测天顶角(VZA)进行了敏感性分析,结果表明ρ1的误差对NSSR估算结果的影响最大,w的误差影响最小,在三种地类中,陆地受这些影响因子的影响最小,且这些影响因子对NSSR估算的影响都在可接受的范围内。与此同时,利用山西省太原小店区和陕西长武生态试验站的实测数据对方法进行了实测验证,晴空下小店区的估算与实测值的RMSE为48.56 W/m~2,平均误差为-2.23W/m~2,长武试验站的估算与实测值的RMSE为73.93 W/m~2,平均误差为13.62W/m~2;有云条件下小店区估算值与实测值的RMSE为88.99 W/m~2,平均误差为45.77W/m~2。结果表明地表短波净辐射可以利用本研究提出的方法进行估算。
【关键词】：地表短波净辐射 反照率 FY-2D MODTRAN
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V557
【目录】：

• 中文摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景与选题意义13
• 1.2 国内外研究进展13-17
• 1.3 研究目标和内容17
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 研究内容17
• 1.4 论文组织结构17-19
• 第二章 遥感物理名词及数据来源19-23
• 2.1 相关遥感物理名词概念19-21
• 2.2 数据介绍21-22
• 2.2.1 辐射传输模型模拟数据21
• 2.2.2 地面数据21-22
• 2.2.3 风云-2D卫星数据22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 晴空条件下地表短波净辐射的反演理论及介绍23-37
• 3.1 大气顶部短波窄通道反射率到宽通道反照率的构建23-25
• 3.2 地表短波净辐射反演25-28
• 3.2.1 模型介绍25-26
• 3.2.2 晴空条件下系数a1-a7,x,y,z的估算26
• 3.2.3 估算值与模拟值的比较26-28
• 3.3 影响因子的敏感性分析28-33
• 3.3.1 窄通道反射率ρ_1的敏感性分析28-29
• 3.3.2 大气垂直水汽含量的敏感性分析29-30
• 3.3.3 太阳高度角的敏感性分析30-31
• 3.3.4 观测天顶角的敏感性分析31-33
• 3.4 随机选取24条TIGR大气廓线验证33-34
• 3.5 地面实测验证34-36
• 3.5.1 FY-2D的数据获取34
• 3.5.2 计算大气垂直水汽含量34-35
• 3.5.3 地表短波净辐射计算结果35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 有云条件下地表短波净辐射的反演37-55
• 4.1 有云情况下数据的模拟37
• 4.2 积云下地表短波净辐射的反演37-41
• 4.2.1 积云下可见光通道反射率与宽通道反照率关系的构建37-40
• 4.2.2 积云下系数a1-a7,x,y,z的估算及验证40-41
• 4.3 高层云下地表短波净辐射的反演41-45
• 4.3.1 高层云下可见光通道反射率与宽通道反照率关系的构建41-44
• 4.3.2 高层云下系数a1-a7,x,y,z的估算44-45
• 4.4 层云下地表短波净辐射的反演45-49
• 4.4.1 层云下可见光通道反射率与宽通道反照率关系的构建45-48
• 4.4.2 层云下系数a1-a7,x,y,z的估算48-49
• 4.5 三种云的地表短波净辐射反演49-53
• 4.5.1 三种云可见光通道反射率与宽通道反照率关系的构建49-52
• 4.5.2 三种云系数a1-a7,x,y,z的估算52-53
• 4.6 地面结果验证53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-63
• 攻读学位期间取得的研究成果63-65
• 致谢65-67
• 个人简况及联系方式67-71

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本文编号：1031659