基于新一代静止卫星的地表反照率反演及中国区尺度效应研究

Land surface albedo is a key variable in surface energy balance as well as a key input to drive climate models, which directly determines key processes such as global carbon budget and hydrological cycle and is the basis for analyzing global and regional climate change. Although satellite albedo products with a global coverage have been derived, they still suffer from problems such as low accuracy, data inconsistency, and data incompleteness in some regions. To explore the possibility of using multi-angular information for improving albedo estimation as well as assess the impacts of abrupt changes on surface albedo, this project aims at providing a new solution for albedo estimation with the data from the next generation multi-spectral geostationary satellites. Meanwhile, in this project it has been proposed to incorporate data from ground stations and multiple mid- to fine-resolution satellite data to first assess the accuracy of albedo estimation with coarser spatial resolutions, and then derive the scale transformation function among multiscale albedo products. Eventually, the goal is to develop a method to produce multiscale surface albedo datasets with spatial and temporal consistency and completeness, as well as high accuracy using data fusion algorithms, which will be used to solve the issue that existing satellite products cannot always satisfy the requirements for driving climate models and further facilitate the use of remote sensing data in government’s climate policy-making.

地表反照率是影响地球能量平衡的关键因素之一 ，同时也是驱动气候系统模式的重要输入参数，它直接决定了地球碳循环、水循环等关键过程，是研究全球、区域气候环境变化问题的基础。 虽然卫星遥感能提供全球覆盖的反照率产品，其在特定区域的精度、数据一致性和数据完整性等方面仍存在较大问题 。为了解决如何利用多角度信息改进反照率估算以及如何评价地表情况突变对地表反照率的影响，本项目围绕不同空间分辨率的新一代的多光谱静止卫星的反照率反演方法提出了解决方案。同时本项目计划结合地面站点观测、中高分辨率数据探索中低分辨率反照率产品的精度评价方法，并通过构建多尺度遥感反照率数据集探索不同情况下的尺度转换。最后在此基础上通过改进多尺度数据融合的方法来实现生成多尺度时空连续的高精度地表反照率产品的目标，从而解决现有诸多遥感反照率产品不能满足气候模拟、气象预报输入数据要求的现实问题，为国家制定气候政策提供优良的数据支持 。

地表反照率是影响地球能量平衡的关键因素之一 ，也是驱动气候系统模式的重要输入参数，它直接决定了地球碳循环、水循环等关键过程，是研究全球、区域气候环境变化问题的基础。现有卫星反照率产品存在精度不足、时空分辨率低等问题，限制了其在气候变化的应用。为了解决这个问题，本项目结合新一代静止卫星的特点，提出了地表反照率反演的创新性理论方法，构建了在不同下垫面中低分辨率地表反照率产品的精度评价方法，发展了时间尺度扩展、空间尺度转换模型和多时空尺度数据融合方法，改进了反照率及相关辐射能量参量的反演精度，提高了其时空分辨率，揭示了中国区域内地表反照率的尺度效应和气候变化机制问题。相关学术成果已被美国大气海洋局用于生成其静止卫星地表反照率产品，同时本项目研发了中高分辨率地表反照率数据集一套，中低分辨率净辐射数据集一套，并公开发布在国家地球系统科学数据中心，服务气候变化和气象预报应用。本项目共发表SCI期刊论文15篇，英文专著2章节，授权发明专利1项，软件著作权1项，组织学术专刊3期，举办国际学术会议3次，培养研究生十余人。综上所述，本项目已经完成了原定计划中的所有研究内容，研究成果达到了预期目标。