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从“点”测量到“面”信息(20110304)

发布者:   来源:   发布时间:2011/12/31 10:09:01   标签:   浏览次数:5662

                                  ——中国冰冻圈卫星监测关键技术取得突破

□ 创建一个针对冰冻圈变量的卫星数据反演监测系统框架,为大气和冰冻圈的科学研究提供较为可靠的观测资料。
□ 将大大提高在积雪融化时期积雪面积的监测精度,有助于更准确为气象部门提供逐日积雪监测图像。
□ 冻土算法可在大范围内提供一星期以内的土壤冻融状态资料,为气象预报、农业春耕及灌溉提供较为可靠的参考资料。
□ 为冰冻圈监测与变化的影响研究提供了方法基础,为在未来气象预报中采用动态的冰川分布参数集加强了基础。

嘉宾:中国科学院遥感应用研究所研究员 施建成
采访人:本报记者 王敬涛

    作为地球系统的重要组成部分,冰冻圈对地球表层能量循环、水循环、地-气间碳循环等起着至关重要的作用,因此冰冻圈的研究对于天气和气候的预测有着重要的意义。研究显示,冰冻圈的变化是导致平均海平面上升的最大不确定性因素之一;同时,冰冻圈是很多国家淡水的重要来源;它的变化对社会经济有广泛深远的影响。
    记者:这项研究的意义主要在哪里?
    施建成:传统的气候观测网和冰川观测站比较稀少,目前只有一些关键地区有有限数量的测量数据,然而这些观测数据远远不能满足对冰冻圈以及冰冻圈对全球气候系统的影响等研究的需要。
    与传统观测手段不同,遥感把传统的 “点”测量方法获取的有限代表性的信息扩展为更加符合客观世界的 “面”信息 (区域信息),这使对冰冻圈参数进行定量分析成为可能。针对冰冻圈信息获取技术存在的不足,我们联合多家研究机构和国家重点实验室进行的公益性行业 (气象)科研专项 “中国冰冻圈卫星监测关键技术研究及系统开发”项目以当前国际算法为基点,并结合多卫星观测特点,进行多传感器对冰冻圈参数 (包括积雪、冻土、冰川、湖冰)的自动化综合定量反演技术研究。创建一个针对冰冻圈变量的卫星数据反演监测系统框架,为大气和冰冻圈的科学研究提供较为可靠的观测资料。项目研究成果主要体现在积雪、冻土、冰川和湖冰等冰冻圈重要参数的卫星观测与定量反演关键技术方面。
    记者:与以往相比,采用的计算方法有什么创新之处吗?
    施建成:本项目建立了积雪和非积雪光谱图像区域自动选取方法,发展了用于MODIS遥感数据的多端元分解方法。应用多幅高分辨率ASTER和TM数据在不同地区的验证结果表明,该自动算法精度优于NASA/MODIS积雪覆盖面积产品。它将大大提高在积雪融化时期积雪面积的监测精度,有助于更准确为气象部门提供逐日积雪监测图像。在不同地区的验证结果表明,新发展的积雪雪水当量的算法远比NASA/AMSR-E雪水当量产品的精度高。针对被动传感器(SMMR、 SSM/I和AMSR-E)之间的参数差异,在全球范围内选取冷端和热端地表,实现两端同时定标。反演算法可直接用于我国的风云卫星中的多频率微波辐射计,实现实时的雪深反演。积雪数据同化方法也已经在和气象局相关部门联合测试,可用于气象业务预报系统。
    本项目开发及验证地表冻融微波遥感识别算法,应用被动微波遥感资料、土地利用类型及地表日平均及最低温度,对近地表土壤冻融算法进行一系列的修正和验证。应用本项目获得的冻土算法可在大范围内提供一星期以内的土壤冻融状态资料,为气象预报、农业春耕及灌溉提供较为可靠的参考资料。
    记者:目前,国内湖冰研究较少,尤其是青藏高原湖冰冰厚研究方面几乎还是空白。此次的研究对于冰川、湖冰资源的调查有何帮助?
    施建成:本研究发展出基于地理信息系统获取冰碛冰川和冰川属性信息的自动提取方法,为冰川资源调查提供了有力支撑。该成果为冰冻圈监测与变化的影响研究提供了方法基础,为在未来气象预报中采用动态的冰川分布参数集加强了基础。基于多源数字高程模型数据的冰川高程变化检测方法,将可以应用于长时间段内大面积范围冰川表面高层与体积变化监测应用研究,对正在进行中的科技部基础性工作专项—中国冰川变化及其资源调查项目具有重要应用价值,可以应用于监测中国地区30年来冰川资源消融状况,在此基础上,可以进一步用于分析冰川变化对水资源影响、对气候变化响应等气候问题,对我国经济社会可持续发展、政府应对气候变化政策制订都具有重要参考价值。
    湖冰反演算法关键技术研究从MODIS多光谱的反射率、热辐射和被动微波AMSR-E的辐射亮温三个方面的参数反演来识别湖冰特征、反演冰厚。基于 MODIS数据,我们提出了改进的归一化差分积雪指数法 (MNDSI)湖冰覆盖特征反演方法。由于不受云的影响, AMSR-E对湖冰冻结、解冻日期等时间特征反演较MODIS准确。目前,国内湖冰研究较少,尤其是青藏高原湖冰冰厚研究方面几乎还是空白。项目除了利用MODIS、 AMSR-E监测湖冰面积识别方法外,还利用AMSR-E亮温与实测冰厚经验关系监测湖冰厚度。这为今后开展研究湖冰厚度提供了基础,为业务化发展和应用提供方法借鉴。
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