基于遥感观测的全球地表反照率时空变化研究

论文摘要

地表反照率能够反映地表对太阳短波辐射的反射能力,调控着地球表层与大气之间辐射能量的分配过程,是地表能量收支平衡中的重要参数。地表反照率伴随着地表的自然过程和人类活动发生变化,并反馈到全球气候系统中,影响着局地和全球的气候。因此,基于长时间序列卫星遥感观测数据对全球地表反照率的时空变化进行研究具有重要意义。本研究基于长时间序列Global Land Surface Satellite（GLASS）产品对全球地表反照率时空变化格局及其驱动因子进行了深入探索分析。改进了积雪地表反照率遥感估算方法,评估了GLASS反照率数据集的精度和时空完整性;明确了19822015年全球地表反照率时空变化格局;初步阐释了全球地表反照率距平年际振荡现象、地表反照率时空变化主导驱动因子以及在全球气候变化背景下反照率与植被动态变化的关系。主要研究成果和结论如下:（1）改进了积雪反照率直接反演算法,提高了时间分辨率和估算精度（基于GC-NET站点观测验证结果为R2:0.657,RMSE:0.0556,Bias:-0.0325）。该算法作为GLASS产品算法改进的一部分,被应用于生成GLASS二期全球地表反照率数据集。基于Fluxnet地面通量站点观测数据验证了GLASS二期地表宽波段反照率数据集精度（R2:0.6348,RMSE:0.0693）。分析结果表明该产品具有时间序列长和时空连续完整等优点,适用于全球地表反照率时空变化分析研究。（2）基于GLASS反照率数据集得到了全球地表反照率34年（19822015年）的时空变化趋势分布图,其中反照率降低趋势主要出现在格陵兰岛、中西伯利亚、阿拉斯加南部、澳大利亚西部、非洲南部干旱沙漠/草原、撒哈拉沙漠南缘和中国黄土高原等地区;反照率上升趋势主要出现在北美洲北部、欧中中部、中亚、南极洲、东南亚热带雨林区和中国东北地区。在研究中发现全球反照率距平存在周期性年际振荡现象,并初步探索了其与北极涛动和南方涛动指数之间的关联关系。（3）基于GLASS产品和Merra-2再分析数据资料,获得了全球地表反照率动态变化驱动因子的时空分布图。发现北半球中高纬度地区的主导驱动因子为积雪覆盖;美国东南沿海、中国东南地区、非洲中部热带草原、欧洲西北部、南美洲东部和澳大利亚部分地区的主导驱动因子为植被变化;中东地区的叙利亚和伊拉克、印度南端和澳大利亚南部的主导驱动因子为土壤表面湿度。（4）基于GLASS反照率和叶面积指数数据集,初步明确了气候变化影响植被生长,进而引起地表反照率升高/降低的变化。研究得到了植被生长滞后空间分布、全球叶面积指数时空变化趋势和植被变化导致的地表反照率变化趋势,发现中国黄土高原、撒哈拉沙漠南缘、非洲南部干旱沙漠/草原区和澳大利亚中部等区域的地表反照率降低趋势可以由植被增加来解释。（5）从全球反照率变化显著地区中选取了格陵兰岛、非洲南部干旱沙漠/草原和中国东北地区作为典型区域,进一步分析了这些典型区域19822015年地表反照率时空变化格局和规律。其中格陵兰岛7月份地表反照率呈现-0.0113/decade的降低趋势,沿海低地平原降低趋势明显,随着海拔高度的升高,反照率降低趋势减弱;非洲南部干旱沙漠/草原地区19822015年反照率呈现-0.006/decade的降低趋势,与当地植被增加趋势存在显著的相关关系;中国东北地区19822015年反照率整体呈现+0.0037/decade的增加趋势,反照率距平年际振荡与北极涛动指数具有高度的相关性,该地区的土地覆盖/利用变化增强了地表反照率变化的强度,呼伦贝尔草原、大兴安岭东部、松嫩平原区、三江平原和辽河平原等区域地表反照率呈现显著上升趋势,而大兴安岭、小兴安岭东部、辽西丘陵等区域反照率呈现显著下降趋势。本研究分析得到了全球地表反照率时空变化趋势,更新了对近几十年来地表反照率变化时空格局的认识;探索了全球地表反照率主导驱动因子以及全球气候变化背景下反照率与植被动态变化的关系,给出了地表反照率时空变化影响因素的全球图景,奠定了进一步探索分析地表反照率对气候变化和人类活动的响应以及反馈机制的研究基础。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李喜佳

导师: 张洪岩

关键词: 地表反照率,时空变化分析,遥感观测,驱动因子,全球气候变化

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 东北师范大学

分类号: P407

总页数: 150

文件大小: 14923K

下载量: 400

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