青藏高原1982-2018年气温变化的遥感监测研究

The Tibetan Plateau has experienced a rapid climate warming in recent years, which is a hot issue of global change research. However, the meteorological stations are sparsely and unevenly distributed in the Tibetan Plateau, which influences the spatial representativeness of meteorological data on the climate change of the whole plateau, and leads to biased understanding of the temperature variations. Satellite remote sensing can provide spatially continuous surface information at large scale and is a new approach to monitor the climate change of the Tibetan Plateau. This proposal aims to study the air temperature variations during 1982-2018 over the Tibetan Plateau by NOAA/AVHRR data. According to the high altitude and atmospheric conditions, a split-window algorithm for near surface air temperature retrieval over the Tibetan Plateau is developed. Then a fitting model of the diurnal cycle of air temperature is generated to transform the instantaneous remotely sensed air temperature to daily mean air temperature. Combined cloud proportion and cloud-free daily mean air temperature, the actual monthly mean air temperature under all weather conditions were finally calculated. According to the remotely sensed air temperature, the spatial and temporal variations of the air temperature over the Tibetan Plateau are analyzed. In particular, the overall warming trend of this plateau during the past 37 years and the relationship between warming rate and altitude are specially studied. The object of this project is to study the climate changes in the Tibetan Plateau by satellite remote sensing, which is a promising complement to the traditional methods based on meteorological station-observed data. This study is helpful for further understanding of the climate change of the Tibetan Plateau, and can also provide important database for the climate change research on the Tibetan Plateau.

青藏高原近几十年来温度升高趋势明显，是全球变化研究的热点问题之一。然而，青藏高原气象站点数目较少且空间分布严重不均，可能造成气温变化认识上的偏差。卫星遥感为大尺度气候变化研究提供了一条新的途径。本项目拟基于NOAA/AVHRR遥感数据研究青藏高原1982-2018年气温的变化规律。针对青藏高原独特的大气与地表状况，建立近地表气温劈窗算法反演气温，通过气温日变化拟合模型将遥感反演的瞬时气温转换为日平均气温，并结合云量将遥感得到的晴空时相日平均气温转换为真实条件下月平均气温。基于得到的气温长时间序列数据研究青藏高原1982-2018年气温的变化规律及空间格局，着重分析整个高原近37年来的气温倾向率以及温度变化与海拔的关系。本研究利用卫星遥感手段研究青藏高原气温变化，是对传统的基于站点资料研究的有效补充，有利于进一步客观认识青藏高原温度变化规律，并为青藏高原气候变化研究提供数据支持。

青藏高原近几十年来温度升高趋势明显，导致了一系列生态和环境问题，是全球变化和地球系统科学领域研究的热点问题。深入研究青藏高原的温度变化规律，对于该地区气候变化、生态环境研究具有重要意义。目前青藏高原温度变化的研究主要基于气象站点观测资料和再分析资料开展，两者各存在其不确定性。由于现有研究数据的缺陷，限制了人们对于青藏高原温度变化的认识。卫星遥感为大尺度气温变化研究提供了一条新的途径。本课题主要利用NOAA/AVHRR遥感数据研究青藏高原1982-2020年气温的变化规律。基于NOAA/AVHRR逐日地表温度、逐日NDVI、8天合成地表反照率、半月积雪覆盖以及DEM、复合地形指数等数据，逐年运用随机森林、Cubist等机器学习算法进行拟合训练，在拟合过程中通过参数随机化搜索方法进行参数优化，通过交叉验证对各参数组合的精度进行验证，确定最优的参数组合构建最佳的青藏高原月平均近地表气温反演模型。最终构建的气温反演模型交叉验证R2在0.74~0.89之间，MAE在2.53~3.03℃之间。将构建的模型应用于空间自变量，得到青藏高原地区1982~2020年5km分辨率月平均气温数据集。基于遥感反演得到的月平均气温长时间序列数据集，对青藏高原1982年以来的气温变化规律及空间格局进行了研究。1982~2020年期间，整个青藏高原的平均气温呈上升趋势，年际变化率为0.045 ℃a-1。不同区域的气温年际变化率体现出明显的空间差异性，西北和东部地区年际变化率比较高。统计不同海拔区间的气温年际变化率，在3000m~5500m区间海拔越高气温的年际变化率越高，体现出明显的海拔依赖性。本研究利用卫星遥感手段研究青藏高原气温变化，是对传统的基于站点资料研究的有效补充，有利于进一步客观认识青藏高原温度变化规律，并为青藏高原气候变化研究提供数据支持。