松嫩平原黑土区积雪表面温度反演研究

论文摘要

积雪是重要的生态环境因子,对积雪区和中高纬度地区的农业、气象、水文等自然科学研究有重要影响。因此,对积雪表面温度等积雪参数进行定量化反演,实现全面、快速且高效的积雪监测和应用研究,对我国季节性积雪区的农业、生态和经济发展有至关重要的意义。然而,由于气象站点数量不足,实测数据受自然因素和人为因素影响较大,且常规的MOD11A1温度产品数据在积雪季因混淆云、雪而造成大量数据缺失,难以满足中纬度季节性积雪区的实际应用需求,因此应用时效性强、覆盖面广、信息量大的卫星遥感监测手段成为了积雪信息研究的重要助力。松嫩平原黑土区是我国东北黑土区的重要组成部分,既是我国三大季节性积雪区之一,又是我国商品率最高的商品粮基地,冬季漫长、积雪覆盖率高,积雪融化对松嫩平原黑土区土壤春墒和春季农业生产有着重要影响。因此,松嫩平原黑土区对于积雪研究具有良好的地理典型性和区域代表性,在该区域开展积雪表面温度反演工作具有重要意义,雪面温度反演结果可为该地区的农业生产、水循环和气候变化提供数据支撑和科学依据。本文归纳总结了地表温度反演和雪面温度反演的理论和主要方法,分析了现有雪面温度反演的优缺点。为有效解决雪面温度数据缺失和气象站点数量不足的问题,并着力破解定量反演中存在的混合像元问题,需要在中高纬度积雪区探索雪面温度反演新算法。本文充分考虑了不同地理位置的地区差异性,以松嫩平原黑土区为例,将MODIS影像作为数据源,进行普朗克方程低温线性简化等反演算法参数修正,利用归一化差分雪盖指数(NDSI)和归一化差分植被指数(NDVI)实现地物识别解决混合像元问题,建立了松嫩平原黑土区MODIS雪面温度反演方法,得到研究区雪面温度反演结果。结果表明,与同时期的MOD11A1温度产品进行对比分析,在图像对比、温度范围以及数据一致性等三个方面均呈现较高相似性和一致性。为了探究松嫩平原黑土区积雪表面温度的时空演变规律,利用本文建立的松嫩平原黑土区MODIS雪面温度反演方法,对研究区2002年12月至2017年3月的15个积雪季的雪面温度进行了反演,基于反演结果,分别从多年平均雪面温度、雪面温度年内变化和雪面温度年际变化的三个角度分析了松嫩平原黑土区雪面温度时空变化特征。结果表明,松嫩平原黑土区雪面温度呈现南高北低、西高东低的分布特征,雪面温度积雪季年际、年内变化明显,主要表现为高温区面积较少,低温区和中温区面积增加且不断向南移动。本文以松嫩平原黑土区为研究区,将MODIS影像作为数据源,通过算法参数修正和地物识别等操作建立了松嫩平原黑土区雪面温度反演方法,反演结果表明基于MODIS数据的雪面温度反演算法可以有效提取松嫩平原黑土区积雪季雪面温度数据,弥补积雪季温度产品数据缺失,满足积雪季实际研究需要。松嫩平原黑土区雪面温度反演结果和时空演变规律可为该地区的农业生产、水循环和气候变化提供数据支撑和科学依据。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 选题背景与意义
•     1.1.1 选题背景
•     1.1.2 选题意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 地表温度反演原理
•     1.2.2 地表温度反演研究进展
•     1.2.3 雪面温度反演研究进展
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 研究区与数据
•   2.1 研究区概况
•   2.2 数据来源及预处理
•     2.2.1 MODIS数据介绍
•     2.2.2 MODIS数据获取及预处理
•     2.2.3 气象站点数据获取
• 3 研究区雪面温度反演算法研究
•   3.1 雪面温度反演算法
•     3.1.1 劈窗算法
•     3.1.2 普朗克方程低温线性简化
•     3.1.3 大气透过率
•     3.1.4 亮度温度
•     3.1.5 云、植被和积雪光谱反射特性
•     3.1.6 地物比辐射率
•   3.2 反演算法验证与精度分析
•   3.3 本章小结
• 4 研究区雪面温度时空变化规律
•   4.1 多年平均雪面温度分布
•   4.2 雪面温度年内变化分析
•   4.3 雪面温度年际变化分析
•     4.3.1 雪面温度时期变化分析
•     4.3.2 雪面温度月变化分析
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 印玉明

导师: 王子龙,郎景波

关键词: 雪面温度,遥感反演,时空变化,松嫩平原黑土区

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学

单位: 东北农业大学

分类号: P426.635;P407

总页数: 66

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