融合遥感数据的月平均气温分布式模拟参数优化的研究

发布时间：2020-10-13 04:37

　　 在前人关于气温模型研究的基础上,本文解决模型参数显式化表达问题,和模型参数空间分布不均匀问题,以达到参数优化的目的。结合常规站观测资料、遥感资料等多元数据,建立起参数优化后的月平均气温分布式模型。实现了我国起伏地形下月平均气温分布式模拟,并给出我国2001年lkmxlkm空间分辨率月平均气温分布图。此次研究完成的内容与相关结果如下：1)以物理经验统计模型构建理论为基础,解决有效辐射参数显式化表达问题,物理意义更加完善。对比有效辐射这一因子分别为隐式、显式表达时的模拟误差发现：后者由于参数显式化表达,模型物理意义更加明确。年均绝对误差为0.82-C,相比隐式参数模型降低0.16℃。优化后的参数系数标准差相比隐式参数有了显著改善,模拟结果稳定可靠。2)使用MODIS地表比辐射率遥感数据,合成得到我国2001年分月地表比辐射率,解决该参数空间分布非均匀估算问题。结果表明：比辐射率各值段面积比例季节变化特征各异。高值段夏低冬高、中值段夏高冬低、低值段季节变化不显著。比辐射率随坡向呈显著“双峰双谷”特征。东南、西北坡出现极大值；南、北坡出现极小值。随海拔升高比辐射率呈显著地带性分布。6000m以下与NDVI随地形的变化规律类似,6000m以上两者变化差异反映裸土、冰雪覆盖下的地表特征。3)考虑到水平面长波有效辐射、地形开阔度等因素,计算得到2001年起伏地形下有效辐射月总量、年总量。结果表明：考虑到比辐射率空间分布,相比为常数0.95,有效辐射年均绝对误差降低5.07MJ/m2,平均相对误差降低0.55个百分点,模拟结果可靠。4)综合考虑海拔、起伏地形下太阳总辐射、长波有效辐射对气温的影响,计算得到2001年我国起伏地形下月平均气温分布。使用相似像元法误差分析表明：分月模拟值绝对误差最小值在6月份,为0.19℃；全年气温模拟值绝对误差为0.24"C。对比三类模型误差发现：IDW插值模型较好描写气温宏观分布,但局地描写力有限,误差变化不稳定；经典地形气候调节模型的物理意义、模拟精度优于插值模型；优化模型则考虑了参数显式化表达,模型物理意义更加完善,精度比经典模型略微提高。5)气温局地分析表明：各坡地高度下气温分月变化图线基本保持相互平行,反映气温随高度递减的规律性。北纬45°处,1月、10月向阳坡距平为正,背阴坡为负,7月呈相反变化规律,4月各坡向气温距平差异很小。北纬30°处,随海拔、坡度增高,1月向阳、背阴坡气温距平差距增大,7月无明显差异。锯齿状图线分布,体现出地形遮蔽对气温的影响。气温直减率暖季高于冷季；1月南坡直减率略高于北坡；7月各坡向直减率差异迅速减小；4月、10月不同坡向气温随海拔递减特征无显著差异。对比前人研究,本文的创新之处可以归纳如下：1)将长波有效辐射显式项纳入气温模型影响要素,替换原先的隐式表达(日照百分率、水汽压的代数组合),解决气温模型参数显式化问题,参数物理意义得到显著改善。2)基于比辐射率遥感数据,使用波段合成法得到宽波段分月比辐射率。解决了比辐射率空间分布非均匀问题,完善有效辐射模型参数的物理意义与模拟精度。3)将海拔、起伏地形太阳总辐射、起伏地形长波有效辐射引入气温分布式模型,实现参数优化后的月平均气温分布式模拟。相比前人研究,提高了气温模型参数的物理意义与模拟精度。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P407;P423
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第—章 绪论
    1.1 研究目的意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 气温空间插值模型
        1.2.2 物理经验统计模型
            1.2.2.1 常规模型
            1.2.2.2 地形气候调节模型
    1.3 研究区地形与气候特征
        1.3.1 地形地貌特征
    1.4 研究内容与技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究数据
        1.4.3 研究特色
        1.4.4 技术路线
第二章 水平面月平均气温的模拟
    2.1 水平面太阳总辐射的估算
        2.1.1 水平面太阳总辐射模拟
        2.1.2 太阳总辐射模拟误差分析
    2.2 水平面长波有效辐射模拟
        2.2.1 水平面长波有效辐射模型
        2.2.2 水平面长波有效辐射模拟
        2.2.3 两种长波有效辐射模型误差对比分析
        2.2.4 模拟结果与NCEP再分析资料对比分析
    2.3 水平面月平均气温模拟
        2.3.1 水平面月平均气温模型
        2.3.2 水平面月平均气温模拟
        2.3.3 两种水平面气温模型误差对比
        2.3.4 模拟结果与NCEP再分析资料对比分析
    2.4 本章小结
第三章 起伏地形下辐射量的计算
    3.1 起伏地形下太阳总辐射分布式模拟
        3.1.1 起伏地形下太阳直接辐射分布式模型
        3.1.2 起伏地形下天空散射辐射分布式模型
        3.1.3 起伏地形下地形反射辐射分布式模型
        3.1.4 起伏地形下太阳总辐射分布式模拟
        3.1.5 起伏地形下太阳总辐射模拟误差分析
    3.2 地表比辐射率的计算
        3.2.1 数据来源与合成方法
        3.2.2 比辐射率空间分布特征
        3.2.3 比辐射率与NDVI随坡向及海拔的分布特征
        3.2.4 比辐射率估算结果的验证
    3.3 起伏地形下长波有效辐射分布式模拟
        3.3.1 起伏地形下长波有效辐射分布式模型
        3.3.2 起伏地形下长波有效辐射分布式模拟
        3.3.3 两种长波有效辐射分布式模型误差对比分析
    3.4 本章小结
第四章 起伏地形下月平均气温分布式模拟
    4.1 起伏地形下气温分布式模型
    4.2 起伏地形下气温分布式模拟
    4.3 起伏地形下气温模拟误差分析
        4.3.1 误差来源与分析方法
        4.3.2 相似像元法误差分析
    4.4 模拟结果的验证
        4.4.1 三类气温模型的误差对比分析
        4.4.2 NCEP高分辨率气温再分析资料验证
    4.5 起伏地形下月平均气温局地规律分析
        4.5.1 不同坡地下气温的分月变化特征
        4.5.2 气温距平随坡向的变化规律
        4.5.3 不同坡向下气温随海拔的变化规律
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
附录 本文对应图表

【参考文献】

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