基于MODIS数据的积雪反照率反演及其在融雪模型中的应用研究

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地表反照率是陆面过程和气候模式中的一个重要参数,它决定了地表辐射平衡与能量分配。积雪是冰冻圈分布最广泛、变化最活跃的要素,积雪反照率作为地表反照率中最为活跃的因子,对气候变化、水资源管理等科学研究以及农业灌溉等生产活动都具有重要的意义。积雪反照率受环境的影响,具有明显的时空差异性。传统的站点积雪反照率观测方法难以获得大范围积雪反照率数据,而且这种观测缺乏代表性。遥感技术能够获得长时间、大范围积雪表面反射率观测数据,为积雪反照率反演的理想技术手段。积雪反照率取决于积雪本身物理性质和光照条件,在陆面过程模型或气候模式中积雪反照率采用参数化方案来描述,不同的参数化方案会产生显著不同的模拟结果。由于积雪消融大部分依赖于辐射能量,因此积雪反照率同时影响到积雪物质平衡。在陆面过程研究中,只有准确模拟出积雪反照率才能够能好的反映积雪反照率的反馈机制或积雪消融过程。因此,提高山区积雪反照率反演和融雪模型中模拟精度,对监测山区积雪状态和积雪水文研究有重要意义。  选取代表典型高寒山区积雪的黑河上游八宝河流域作为研究区,开展山区积雪反照率反演及其在融雪模型中的应用研究。基于ART模型建立MODIS亚像元积雪反照率反演算法,并使用站点数据对反演结果及MOD10A1积雪逐日反照率产品进行验证;结合实测数据分析多种融雪模型中积雪反照率参数化方案模拟效果,建立融雪期积雪反照率参数化方案;在Snow17EB融雪模型基础上融合遥感数据,首先利用MODIS逐日积雪面积比例数据采用粒子群优化算法标定模型参数,然后使用直接插入法在融雪模型中加入MODIS积雪反照率数据。在八宝河流域,比较分析了融雪模型中加入MODIS积雪面积和积雪反照率数据后对积雪属性模拟结果的影响。本文主要研究内容如下:  1.八宝河流域MODIS亚像元积雪反照率反演及验证,以及逐日积雪反照率产品MOD10A1的精度验证。  2.基于积雪观测站点数据分析多种不同积雪反照率参数化方案的模拟效果,在此基础上建立融雪期积雪反照率参数化方案。  3.在Snow17EB融雪模型基础上,利用MODIS积雪面积比例数据分布式标定模型参数以及融合MODIS积雪反照率数据,分析加入遥感数据后对融雪模型模拟的影响。  主要研究成果如下:  1.研究结果表明,积雪反照率产品MOD10A1在八宝河流域存在明显的低估;基于ART模型的MODIS数据亚像元积雪反照率反演,提高了山区积雪反照率反演精度。  2.不同积雪反照率参数化方案在融雪期的模拟结果具有明显的差异,而且存在高估的现象;发展了融雪期积雪反照率参数化方案,提高融雪期积雪反照率模拟精度。  3.在八宝河流域融雪模拟中,发展了基于MODIS积雪面积比例数据分布式标定了模型参数,直接插入MODIS积雪反照率数据的方法,对积雪覆盖率的模拟有一定的改善作用。
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