欧洲陆面数据同化系统组成,系统设计和原理简介

随着技术的进步,地球系统科学的发展,地——气系统的复杂性的进一步研究,对地表物理场精度的需求越来越高。而观测和模拟作为获得地表数据的两种基本手段,由于其各自的局限性,其精度已经不能满足进一步研究的需求,在这样的背景下,陆面数据同化系统逐步发展起来。本文主要介绍了世界主要的陆面数据同化系统之一——欧洲陆面数据同化系统。此系统采用的强迫数据是根据欧洲的实际情况由欧洲中心自行生产的一套数据,同时在欧洲不同的机构它们采用了不同的陆面过程作为欧洲陆面数据同化系统的核心,它们还将卡尔曼滤波和变分方法结合生产了一套独特的同化方法。并对此系统进行了验证和实例应用。     

陆面数据同化系统的研究综述

大气、海洋数据同化系统的完善和发展,促进了陆面数据同化系统的研究。本世纪初,随着北美(全球)陆面数据同化系统的建立,利用卫星、雷达数据同化地表土壤水分、地表温度、能量通量等工作正逐步展开。与此同时,陆面数据同化的研究也已经成为当前陆面过程和水文过程研究的热点。以北美(全球)陆面数据同化系统、欧洲陆面数据同化系统、中国西部陆面数据同化系统为例,对当前陆面数据同化系统的基本框架作了详细介绍;并指出了当前陆面数据同化系统发展中有待解决的若干问题。     

粒子滤波算法在数据同化中的应用研究进展

数据同化能将观测数据和模型模拟有机结合,优势互补,成为全球环境变化研究的重要方法之一。在数据同化算法的发展过程中,粒子滤波算法不受模型线性和误差高斯分布假设的约束,成为当前数据同化算法研究的重点。通过对粒子滤波算法在数据同化中应用研究进展的相关文献进行收集、整理和归纳,总结了粒子滤波算法的优势及在数据同化中的应用,并分析了粒子滤波算法应用于数据同化时所存在的主要问题和相应的解决方法,最后展望了未来的研究重点及发展趋势,为深入开展粒子滤波算法研究、使之更好地应用于数据同化领域提供理论依据。     

土壤湿度同化数据综合分析处理系统的研制与开发

陆面数据同化系统的输入和输出数据以其格式多样性、海量性为主要特征。以GIS二次开发组件ArcGIS Engine,ArcSDE空间数据库引擎和SQL Server 2005数据库管理工具,利用C#、IDL编程语言,构建土壤湿度同化数据空间数据库,并将气象数据具有时间域、空间域和属性域等多维属性与GIS数据模型相结合,研制开发综合分析处理系统,实现土壤湿度同化输入参数与输出数据的空间分析与管理。系统能够满足陆面同化系统对数据的处理与分析需求,为土壤湿度同化产品的业务应用提供强大的支撑。     

基于微波遥感和陆面模型的流域土壤水分研究

土壤水分是陆地水文的重要因子。微波遥感是测量土壤水分的一种重要方法。本文总结了基于微波遥感和陆面模型的土壤水分监测方法,包括被动微波法、主动微波法、主被动微波结合法、陆面模型模拟法和数据同化法五种。被动微波对表面土壤水分敏感,但其空间分辨率低;主动微波具有较好的分辨率但运作费用也较高;主被动微波结合则能够充分利用各自的优势。陆面模型在研究中也有重要作用,通过模型模拟能够得到根区土壤水分。而将观测值同化到模型的数据同化法,则能极大的提高土壤水分估计的能力。通过比较,指出数据同化是最有前景的研究领域。     

MODIS数据陆面温度反演研究

陆面温度(LST,landsurfacetemperature)是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数。基于推广的分裂窗算法,运用MODIS数据,在青海湖地区(200km*200km)进行了陆面温度反演研究。在实验区,推广的分裂窗算法传感器高度角大于40°,将原分裂窗的区间进行了细化,与分裂窗方法相比,传感器高度角在40°～50°,大气柱水汽含量小于1.5cm时,反演精度较高,小于1K;与分裂窗方法类似,该方法对比辐射率和传感器仪器质量的误差不甚敏感。     

通过AVHRR数据研究中国陆面温度分异规律

近年来国内外利用遥感方法在陆面温度精确反演中开展了大量的研究工作,采用了一个在大区域上适用的由NOAA？AVHRR数据反演陆面温度的方法,反演中国晴空条件下各月和全年平均陆面温度,分析了中国陆面温度的分异规律,并与气温的分异规律作了对比,同时对中国土地利用／土地覆盖变化研究（LUCC）样带上的陆面温度变化进行了分析,这项工作从晴空条件重新认识了地面温度场的空间分异,对于研究中国陆地土壤蒸发,植物光合作用,土地覆盖的分布具有重要的指示意义。     

高性能计算环境下陆面建模系统的关键技术

为了从多角度精确评估陆面特征,改善陆面过程模型的模拟性能,并为研究者提供一套完整的从数据处理到模拟分析的陆面建模系统.采用多种脚本语言和模型数据融合方法来构建陆面建模系统.此建模系统集成观测数据、陆面过程模型、高性能计算、数据处理和分析方法,以及可视化等技术手段.在此系统内针对两种不同的陆面过程模型进行了应用示范,证明了不同脚本语言的建模系统在目前高性能计算环境中的应用潜力,以及不同可视化方案在陆面建模系统的作用.     

遥感技术在全球变化研究中的应用

首先通过全球卫星遥感监测系统的介绍,阐述了遥感技术在全球环境数据获取中的重要性。然后概述了遥感技术在土地覆盖、痕量气体,湿地以及地表参数反演等全球变化研究热点问题中的应用及进展情况,遥感技术已渗入到全球变化研究诸多领域,成为全球变化研究计划的重要组成部分,从辅到主要手段乃至某些问题研究的唯一手段,遥感技术发挥着越来越重要的作用。     

卫星遥感信息在矿区非均匀陆面演变研究中的应用

矿区非均匀陆面演变是影响区域社会经济发展和人民生活最突出、最严重的生态环境损害问题，具有非均匀性、非线性、多态性、诱发性等特点。本文讨论高分辨率卫星遥感技术的发展动态，探讨陆面演变研究对遥感性能的要求，对商品化的实用卫星遥感信息源做了比较和选择。     

北京市土地利用变化对地表温度的影响分析

运用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,对北京1995年至2005年的土地利用时空变化特征进行了分析,并分析了土地利用变化对区域内地表温度的影响。北京在1995年至2000年的土地利用变化较小,随后五年城镇面积大量扩张,占用了大量的耕地和林地。北京地表温度等级较高的区域在数量上呈逐年增加的趋势,同时在空间分布上呈现从分散向城市中心集中的趋势。构建了TVX空间研究土地利用变化对地表温度的影响,计算了不同土地利用类型转变为建设用地的变化向量长度,并选取未变化的土地利用类型的平均温度作为控制点,消除不确定性因素,分析得出变化向量的幅度依次是:有林地>水域>其他林地>灌木林地>草地>耕地,由此可以看出,林地和水域对缓解地表热环境作用较强,在城市规划中,要尽量保护林地和水域。     

航空遥感数据同化算法集成计算与可视化

遥感数据同化技术在动力模型框架内,使用数据同化算法对动力模型输出的定量(物理、化学量)数据与观测数据进行一致性处理与结果误差分析。将多源遥感数据同化到动力模型预测与参数估计中,可帮助改善地表、大气和海洋变化的分析和预测精度。以国家发改委"十二五"建设的国家航空遥感系统项目为依托,针对航空遥感系统10种传感器设计开发数据同化系统。因无法找到适用于该系统的3DVAR和EnKF算法程序,必须自主开发核心算法程序。介绍了研究开发的航空遥感数据同化算法集成计算与可视化系统及其核心算法的关键技术流程。实验结果证实,该系统可以有效地对航空遥感数据进行同化。     

用基于相对辐射校正的TM影像监测绍兴土地覆盖变化

基于绍兴市1984年和1997年的两期TM影像，用相对辐射校正方法将1997年的影像校正到1984年的辐射水平上，消除多时相遥感影像问地物的辐射差异，对两期影像分别做最大似然分类，构建覆盖转移矩阵，将分类图分析运算构建覆盖变化分类混淆矩阵，并结合土地覆盖变化的驱动因子，分析得出，绍兴土地覆盖变化主要因素是城镇的扩展及人们饮食结构的变化。     

土地利用/土地覆盖遥感变化检测方法新进展

土地利用/土地覆盖变化检测是资源环境研究中的一个重要方面,准确、及时的变化信息为人类资源环境的生产和管理提供了决策支持。遥感技术具有实时、快速、覆盖范围广、多光谱、周期性等特点,给土地利用/土地覆盖变化检测提供了理想的数据基础。人类社会的发展对土地利用/土地覆盖变化检测的精度与效率不断提出新的要求,这也使得一些新技术、新方法引入到变化检测中。这些新技术新方法提高了土地利用/土地覆盖变化检测的精度,但在效率方面有待进一步研究。     

一种基于ASTER数据的陆面温度反演方法

陆面温度是地表物体热红外辐射的综合定量形式,是地表热量平衡的结果。陆面温度作为一个重要的基本参数已广泛用于相关模型的计算及生态环境等领域的研究。ASTER数据具有较高的空间分辨率与光谱分辨率,可提供比陆地卫星、NOAA/AVHRR等常见卫星数据更丰富的地表信息,有助于提高陆面温度的反演精度。根据温度/比辐射率分离(TES)的思想,基于ASTER热红外数据的特性,获取了一种反演陆面温度的方法,并以长白山为例进行了试验。结果表明,所用的方法仅依赖ASTER遥感数据便可快速获取地面温度的空间分布特征,对自然地表可取得比较理想的结果,具有较好的应用前景。