遥感与地面观测数据联合优化干旱区陆面关键参数

The optimization research of the key parameters of the land surface is generally based on observed data from the site, the result could not be used to simulation over the area, its difficult to apply to the numerical model. Combining the advantages of remote sensing and land surface observation, it could promote the optimization land surface parameters from the site to the regional scale effectively and apply to the weather forecast model. This project proposal to optimize key land surface parameters using site observations from different underlying surfaces over the arid region, we could establish regression equation and interpolation formula based on the optimized parameters and multispectral remote sensing data, estimating the broadband albedo and emissivity, soil thermal conductivity, soil volumetric heat capacity and surface roughness over arid regions, after calibration by observation these parameters, we could obtain the continuous and high precision land surface key parameters of arid land region dataset, and then use the advanced land surface model Noah-MP to simulate the arid regions and analysis the improvement of land surface temperature and sensible heat flux after used regional parameters were optimized. This project is helpful to develop the regional numerical prediction model of high resolution region and enhance the simulation precision of the surface temperature related parameters in the coupled weather, climate and hydrology modes, and then enhance the simulation and forecasting ability of the coupled modes.

陆面关键参数优化研究一般是基于站点观测数据，取得优化的参数并不能够推广到区域，因此很难应用到数值模式中。结合遥感和陆面观测的优势，联合优化陆面关键参数，能够有效地将优化的陆面参数从站点推广到区域尺度，可以应用于数值模式中。本申请项目计划利用干旱区不同下垫面的站点观测数据优化关键陆面参数，将优化后的陆面参数与多光谱遥感数据建立回归方程和插值公式，估算干旱区的宽波段反照率和比辐射率、土壤热传导率、体积热容量以及地表粗糙度。通过校正后得到时空上连续且高精度的关键陆面参数数据集，再用先进陆面模型Noah-MP对西北干旱区进行模拟，检验在利用区域参数优化后对地表温度和感热潜热通量改善情况。本项目的研究有助于发展高分辨率区域数值预报模式，提升耦合天气、气候和水文模式中地表温度相关参量的模拟精度，进而提升耦合模式的模拟和预报能力。

陆面参数是模式需要的必要的静态数据，我国西北干旱区地表植被覆盖率较低，下垫面类型分布不均匀，在模型参数与实际匹配差异较大，限制了陆面模式模拟效果的提升。项目研究提出对干旱区主要下垫面进行野外地物光谱和土壤参数观测和遥感数据联合优化参数，将优化的陆面参数从站点推广到区域尺度。项目组收集了新疆戈壁，沙漠，荒漠，高山站点通量、辐射、土壤成分、大气梯度观测数据，以及野外FTIR地物光谱数据和MODIS，SMAP遥感数据。项目完成了以下研究：（1）采用统计拟合回归方法建立宽波段发射率估算方程并估算出西北干旱区宽波段地表发射率；（2）通过土壤成分数据估算出最优的土壤热力和水利参数并经Noah模式测试评估取得较好的效果；（3）利用欧空局GLC-2015数据开了WRF模式的土地利用静态数据，新的土地利用数据提高了地表风速和气温的模拟精度，该数据以应用于新疆区域天气预报系统RMAPS-CA；（4）通过多组模拟实验得出Noah-MP在沙漠最有参数化方案组合；（5）基于站点雪表辐射观测，地表植被类型和MODIS积雪反照率遥感数据优化了Noah-MP反照率方案，经WRF模式测试，优化的积雪反照率方案改善了冬季高纬度积雪地区的气温和通量负偏差。从项目执行情况看，预期的研究内容得以顺利开展，取得了创新性研究成果。项目组完成一套WRF模式可用土地利用静态数据集，发表8篇论文，其中SCI6篇，中文核心2篇。