青藏高原地表太阳辐射的遥感反演

The downward solar radiaiton (DSR) at surface is one of the key inputs for the surface land process, hydrological, and ecological modelling over the Tibetan Plateau (TP). Neither surface measurement nor existing remote sensing products can meet that requirement. Improving the estimation precision based on geostationary satellite observations is an effective method. This project aims to improve the estimates on DSR over the TP by adding new parameterization schemes suitable to its special environment and providing high quality input parameters to the existing physical retrieval model. Two key scientific issues are needed to be answered: (1) how to improve the model ability to detect snow and cloud by utilizing multiple data sources; (2)how to identify and describe ice cloud. To achieve the goal, we are going to study on: (1) develop cloud detection method for the TP; (2) develop the parameterization scheme for ice cloud; (3)improve the data quality of atmospheric condition as inputs and do the modification due to topographic effect; (4)evaluate the model outputs against the surface measurements over the TP. This project will utilize geostationary satellite observations from MTSAT to produce high resolution (temporal: 1 hour; spatial: 0.1 degree) datasets on DSR for period of 2006-2012, for contributing to improve the driving field for the land process modelling.

地表太阳辐射是青藏高原地表陆面、水文和生态过程模型的关键输入，已有的地面观测和卫星遥感产品在精度或分辨率上还不能满足这一需求。提高基于静止卫星的反演精度是解决问题的有效途径。本项目拟利用已有的物理反演模型，增加适合高原特殊环境特点的参数化方案，同时提高输入数据的质量，从而改进其在高原应用的精度。拟解决的关键问题有：（1）如何融合多源遥感数据，提高对像元中积雪与云进行区分的能力；（2）在模型中如何辨别与描述冰云信息。研究内容包括：（1）发展适合高原的云检测方法；（2）构建冰云的参数化方案；（3）提高大气状态参数的数据质量以及进行地形斜坡订正；（4）基于地表实测评估模型的输出。本项目将利用静止卫星MTSAT生产一套青藏高原地区时间分辨率为1小时、空间分辨率为0.1度的地表太阳辐射产品（2006年-2012年），为进一步改善地表过程模型的驱动场提供数据支持。

地表辐射平衡对青藏高原地表过程的模拟，特别是冰冻圈的模拟非常重要。然而，受到自然条件的限制，高原上地面观测台站非常稀少，很难由这些台站的数据获得空间连续的辐射资料。目前已有的卫星产品在分辨率和精度上还不能满足地表过程模式的要求，这就需要发展基于高原地区的地表辐射平衡的卫星反演算法。这项工作仍然存在很大的挑战，主要受高原上一些特殊环境的影响，诸如：多存在积雪上有云覆盖的情形，地形斜坡对太阳入射的遮蔽和漫射等。目前基于静止卫星的辐射反演算法对这些特性的描述或考虑不够或没有考虑，从而影响了模型在高原应用的精度。因此，引入适合高原环境特点的参数化方案和算法用于改进辐射反演模型的研究十分必要也十分紧迫。本研究拟解决的关键问题有：（1）如何融合多源遥感数据，提高对像元中积雪与云进行区分的能力；（2）在模型中如何提高大气状态参数的数据质量。本研究利用日本静止卫星MTSAT（Multifunctional Transport Satellite），利用我国863计划重点项目“全球陆表特征参量产品生成与应用研究”支持下最新开发的GLASS（Global Land Surface Satellite）陆表反照率产品，并融合多源信息（MODIS云产品），改进基于查找表算法反演地表太阳短波辐射的模型，并提高其在青藏高原地区的反演精度。生产出一套青藏高原地区时间分辨率为1小时、空间分辨率为5公里的地表太阳辐射产品（2007年-2014年），为进一步改善地表过程模型的驱动场提供数据支持。