青藏高原地区长期高空间分辨率的地表温度和水汽的数据模型建立

发布时间：2020-11-11 23:54

　　 在全球气候变暖的背景下,青藏高原地区的地表温度(Land Surface Temperature,LST)和水汽(Precipitable Water Vapor,PWV)都发生了 巨大的变化。长期高空间分辨率高精度的地表温度、大气可降水量数据对于监测青藏高原地区的地表温度和水汽变化有着至关重要的作用。本文选取青藏高原地区2001-2010年(10a)的气象观测站地面观测数据——地表温度和相对湿度及其同时段的MODIS遥感影像数据作为训练样本,采用SMOTE过采样法对地面观测数据进行过采样化处理。将贝叶斯线性回归模型(Bayesian Linear Regression,BLR)作为基模型,运用“组合分类”的思想,将基贝叶斯线性回归模型训练组合成最终的模型——地表温度组合贝叶斯线性回归模型(LST-eBLR)和大气可降水量组合贝叶斯线性回归模型(PWV-eBLR)。利用高原2011-2015年(5a)的地面观测数据和MODIS遥感影像数据(作为真值)作为评估样本,对LST-eBLR和PWV-eBLR进行评估验证。评估结果表明:LST-eBLR模型于2011-2015年的平均预测值的误差集中在[-0.84,1.26]区间内,平均误差为0.21℃;且该模型的预测值和真值的相关性集中在[0.90,0.99]区间内,平均值为0.95。PWV-eBLR模型于2011-2015年的平均预测值的误差集中在[-0.77,0.60]区间内,平均误差为-0.59mm;该模型的预测值和真值的相关性集中在[0.82,0.95]区间内,平均值为0.90。由此可知,LST-eBLR、PWV-eBLR模型具有很高的预测准确度。将LST-eBLR、PWV-eBLR模型运用于1996-2000年(5a)的地面观测数据上,进而得到1996-2000年的模型预测值。联合2001-2015年(15a)MODIS遥感影像数据,得到长期(1996-2015,20a)高空间分辨率(与MODIS遥感影像数据的空间分辨率一致)高精度的地表温度和大气可降水量数据集。利用得到的数据集对青藏高原地区的地表温度ECMWF再分析资料(LST-ECMWF)和大气可降水量ECMWF再分析资料(PWV-ECMWF)进行验证。结果表明LST-ECMWF和PWV-ECMWF都存在高估的现象,其平均值分别为5.37℃(LST-eBLR 为 2.26℃)和 12.42mm(PWV-eBLR 为 6.82mm)。另外,由LST-ECMWF计算得到的高原地区在1996-2015年的平均地表温度变化率(0.0026℃/a)和由LST-eBLR得到的(-0.0019℃/a)相差较大,且符号相反。由PWV-ECMWF计算得到的1996-2015年高原地区的平均大气可降水量变化率为0.0009mm/a,而PWV-eBLR计算得到的为-0.0047mw/a,量值差距较大,符号相反。同时,由LST-eBLR、PWV-eBLR计算得到的高原平均地表温度和大气可降水量的长期变化率可知,1996-2015年之间,青藏高原地区整体的地表温度呈现下降趋势,每年下降约0.0019℃;大气可降水量也呈现出下降趋势,每年下降约0.0047mm。可知,在研究时间范围内,青藏高原地区的地表温度和大气可降水量并没有发生显著变化。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P413
【部分图文】：

ｏｎｇｔｕｅ??图１．１青藏高原地区及其周边的ＤＥＭ示意图??由于青藏高原特有的地质地形条件，其气候变化相较于世界ｈ．其他地区性，不少学者将其称为气候变化的启动区。比如，在最近的６００年内，的３次＂暖期＂和３次＂冷期＂，都是先从靑藏高原地区开始，顺着祁连山（，１９９８）。，

Ｌｏｎ＾ｉｉｕｉｋ??图２．１青藏高原地区ＤＥＭ图??由图２．１可知，选取的海拔高于２０００ｍ的青藏高原地区涵盖了西藏藏族自??治区、青海省、新疆维吾尔族自治区的西南边缘（也即青藏高原地区的西北边缘??昆仑山脉和阿尔金山脉）、甘肃省的祁连山地区、四川省的西南部Ｗ及云南省的??西北部（横断山脉等地区，也即青藏高原的川藏高山峡巧区域）。??２丄１?ＭＯＤＩＳ遥感影像数据??ＭＯＤＩＳ?（Ｍｏｄｅｒａｔｅ?Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ?Ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ），也即中分辨率成像光??谱仪，搭载在ｒｅｍｚ和卸卫星上，可Ｗ动态实时监测整个地球，监测周期为１－??２天。ＭＯＤＩＳ传感器可Ｗ监测波长在０．４０５－１４．３８５／／Ｗ范围内的％个波段，可Ｗ??输出空间分辨率为２５０／Ｗ，５００ｍ，?ｌＯＯＯｗ三种分辨率数据。??ＭＯＤＩＳ传感器Ｗ及其他仪器设备，通过跟踪与数据延迟卫星系统（Ｔｒａｃｋｉｎｇ??ａｎｄ?Ｄａｔａ?Ｒｅｌａｙ?Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?Ｓｙｓ化ｍ，ＴＤ民ＳＳ），将各种观测数据传输至位于Ｗｈｉｔｅ??Ｓａｎｄｓ、?Ｎｅｗ?Ｍｅｘｉｃｏ的地面观测站。然后巧传输至位于戈达太空飞巧中也??５??

Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ??图２．２青藏高原地区气象观测站的分布图??由图２．２可知，气象观测站（红色实也圆点）主要集中在甘肃、青海、四川??和西藏周边低海拔地区；而在青藏高原地区的藏北高原Ｗ及昆仑山脉、唐古拉山??脉和冈底斯山脉等海拔较高地形起伏较大的地区气象观测站的数量极少。由此可??知，青藏高原地区的气象观测站的分布是极度不均衡的，并且站点也比较缺乏。??依据高程（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）、相对海拔（ＲｅｌａｔｉｖｅＨｅｉｇｈｔ）、山地鞍点和峰点的高??程差（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｓａｄｄｌｅ?ａｎｄ?Ｐｅ化）、峰点高程的标准差（Ｓｔａｎｄａｒｄ??Ｄｅｖｉａｔｉｏｎｏ巧ｌｅｖａｔｉｏｎｏｆＰｅａｋｓ）这四个特征属性值，同时参照中国地形图（Ｃｈｉｎａ’ｓ??ＧｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃＭａｐ），将青藏高原地区划分成９个区域（Ｘｉａｏｅｔａｌ．，?２０１４）。??具体的分区如表２．２所示：????表２．２青藏高原地区地形分区一览表??区号?海拔／地形特点?区域内气象站个数??Ｉ?南部中海拔极高地形起伏山脉?１??ＩＩ?东南部高海拔高地形起伏山脉?３４??ＩＩＩ?西南部高海拔高地形起伏山脉?７??ＩＶ?中部中海拔山地及平原?７??Ｖ
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本文编号：2879932