青藏高原所揭示雲對使用MODIS地表溫度估算氣溫的影響
2020-12-07 中國科學院青藏高原所揭示雲對使用MODIS地表溫度估算氣溫的影響
2016-11-08 青藏高原研究所
語音播報
由於具有較高的時空解析度，MODIS地表溫度在偏遠地區氣溫估算方面具有特殊的應用價值，並已在全球不同地區得到驗證和應用。近年來的多項研究表明，雲可能會對使用MODIS地表溫度估算氣溫造成顯著影響。但是，由於研究手段和觀測數據的不足，關於雲影響的詳細研究還未見報導。
基於此，中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心、青藏高原研究所研究員張凡課題組博士張宏波及其合作者選擇青藏高原三種下墊面（冰川、荒漠草原和高山草甸）的自動氣象站觀測數據結合常規氣象站數據（圖1）進行綜合分析，發現雲對使用MODIS白天地表溫度估算日最高氣溫和使用MODIS夜間地表溫度估算日最低氣溫的影響是截然不同的。
基於自動氣象站觀測數據的試驗結果（圖2）表明：MODIS夜間地表溫度產品中存在的未被檢測到的雲柵格要明顯多於白天地溫產品；MODIS夜間地表溫度產品中含有的大量未被檢測到的雲柵格，影響了夜間地表溫度的準確性，進而顯著降低了日最低氣溫的估算精度；對於日最高氣溫的估算，雲的影響主要來自於雲對日最高氣溫和白天地表溫度相關關係的幹擾，而雲對日最低氣溫和夜間地表溫度相關關係的影響很小。此外，基於常規氣象站數據的試驗結果（圖3）顯示：在前人研究中多次發現的日最高氣溫估算精度顯著低於日最低氣溫的問題主要來自於柵格內地表溫度的空間異質性，即MODIS柵格值與單點觀測差異，而這一問題對MODIS白天地表溫度的影響要顯著高於夜間地表溫度。進一步的試驗發現：對臨近時刻的MODIS地溫觀測進行「無雲」條件限定，儘管對提高日最高氣溫估算精度的效果有限，但可以有效降低夜間地表溫度中異常值的比例，從而提高日最低氣溫估算精度（圖3）。
該研究得到中科院戰略科技先導專項B類（XDB03010401）以及國家自然科學基金（41422101、41271079、41130638）項目資助。成果已發表於《大氣化學與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）。
文章連結
圖1. 研究區概況，3個自動氣象站和92個常規氣象站位置。
圖2. 不同雲量條件下，分別使用MODIS地表溫度、去雲之後的MODIS地表溫度和實際觀測的地表溫度估算氣溫（包括日最高和日最低氣溫）的精度對比。
圖3. 基於常規氣象站數據和MODIS地表溫度數據，「無雲」和「有雲」條件下氣溫（包括日最高和日最低氣溫）估算精度比較。
由於具有較高的時空解析度，MODIS地表溫度在偏遠地區氣溫估算方面具有特殊的應用價值，並已在全球不同地區得到驗證和應用。近年來的多項研究表明，雲可能會對使用MODIS地表溫度估算氣溫造成顯著影響。但是，由於研究手段和觀測數據的不足，關於雲影響的詳細研究還未見報導。
基於此，中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心、青藏高原研究所研究員張凡課題組博士張宏波及其合作者選擇青藏高原三種下墊面（冰川、荒漠草原和高山草甸）的自動氣象站觀測數據結合常規氣象站數據（圖1）進行綜合分析，發現雲對使用MODIS白天地表溫度估算日最高氣溫和使用MODIS夜間地表溫度估算日最低氣溫的影響是截然不同的。
基於自動氣象站觀測數據的試驗結果（圖2）表明：MODIS夜間地表溫度產品中存在的未被檢測到的雲柵格要明顯多於白天地溫產品；MODIS夜間地表溫度產品中含有的大量未被檢測到的雲柵格，影響了夜間地表溫度的準確性，進而顯著降低了日最低氣溫的估算精度；對於日最高氣溫的估算，雲的影響主要來自於雲對日最高氣溫和白天地表溫度相關關係的幹擾，而雲對日最低氣溫和夜間地表溫度相關關係的影響很小。此外，基於常規氣象站數據的試驗結果（圖3）顯示：在前人研究中多次發現的日最高氣溫估算精度顯著低於日最低氣溫的問題主要來自於柵格內地表溫度的空間異質性，即MODIS柵格值與單點觀測差異，而這一問題對MODIS白天地表溫度的影響要顯著高於夜間地表溫度。進一步的試驗發現：對臨近時刻的MODIS地溫觀測進行「無雲」條件限定，儘管對提高日最高氣溫估算精度的效果有限，但可以有效降低夜間地表溫度中異常值的比例，從而提高日最低氣溫估算精度（圖3）。
該研究得到中科院戰略科技先導專項B類（XDB03010401）以及國家自然科學基金（41422101、41271079、41130638）項目資助。成果已發表於《大氣化學與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）。
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圖1. 研究區概況，3個自動氣象站和92個常規氣象站位置。
圖2. 不同雲量條件下，分別使用MODIS地表溫度、去雲之後的MODIS地表溫度和實際觀測的地表溫度估算氣溫（包括日最高和日最低氣溫）的精度對比。
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青藏高原多年凍土熱退化研究獲新進展
目前常用的氣溫產品中，基於粗空間解析度的氣溫再分析資料或者基於稀少的臺站氣溫觀測與海拔關係的空間插值產品，由於氣溫與海拔關係受下墊面類型影響的關係，導致空間插值產品在某些區域可能產生系統偏差。因為缺乏容易獲取且長時間序列、高精度和高空間解析度的氣溫數據，較長的時間序列、高空間解析度和高精度的青藏高原多年凍土熱退化評估研究尚需深入。 -
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中科院青藏高原所提出估算「亞洲水塔」年蒸發量新方法
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西北研究院等在青藏高原季節性凍土凍融變化研究中取得進展
20世紀60年代以來青藏高原季節性凍土凍融的時空變化特徵。季節性凍土凍融變化是氣候變化的指示器，通過對地表能量、水分和碳循環的影響，在局地和全球氣候以及陸地生態系統中發揮作用。目前仍缺乏對整個青藏高原季節性凍土凍融時空特徵、變化趨勢以及潛在原因的認識。基於此，研究人員以1960-2014年青藏高原觀測的季節性凍土凍結深度為基礎，分析凍結深度以及凍融期的時空特徵和變化趨勢，探討與氣候、地理因素的關係，並預估整個青藏高原區域季節性凍土凍融變化。 -
青藏高原災害發展趨勢與災害風險
根據發生時間的不同，青藏高原的旱災可以分為春旱和夏旱。春旱主要是因為該地區每年 3—5 月份降水量明顯偏少，太陽輻射強，加上風力大、蒸發力強所引起的乾旱。夏旱一般發生在每年 6—8月份，主要是由於雨季開始時間偏晚，或者雨季中發生間歇性乾旱。受氣溫變化影響，青藏高原的常年凍土活動層厚度以及季節性凍土面積變化也表現出較強的季節性特徵。 -
中國的地形地貌對中國自然地理環境的影響以青藏高原為例
①造成氣溫水平差異在氣溫空間分布上，冬季氣溫北坡低，南坡高，年平均氣溫高原東南部的谷地較高，在5℃以上，藏北高原和山脈上部均在0℃以下，是由青藏高原阻擋南北冷暖氣流而形成。冬季氣溫偏低，1月均溫－2到15℃，夏季天氣涼爽，7月均溫8到18℃，而藏北高原大部分地區都低於8℃，一度成為我國夏季溫度最低的地區。②造成降水空間分布差異青藏高原地區降水分布的差異非常顯著，東南部的察隅以南，降水豐沛。 -
一年蒸發掉3570個西湖 青藏高原湖泊蒸發量是這樣算出來的
視覺中國供圖蒸發是全球地表能量平衡的關鍵環節，又是水量平衡的重要組成部分。據了解，全球有超過60%的降水會以蒸發的形式返回到大氣中。近日，我國研究人員發展了一種新的湖泊蒸發量估算方法，估算出青藏高原湖泊蒸發總量為每年517億噸，相當於3570個杭州西湖的水量。 -
1年蒸發3570個西湖 青藏高原湖泊蒸發量這樣算
蒸發是全球地表能量平衡的關鍵環節，又是水量平衡的重要組成部分。據了解，全球有超過60%的降水會以蒸發的形式返回到大氣中。近日，我國研究人員發展了一種新的湖泊蒸發量估算方法，估算出青藏高原湖泊蒸發總量為每年517億噸，相當於3570個杭州西湖的水量。 -
青藏高原所研究員姚檀棟當選美國地球物理學聯合會會士
姚檀棟長期從事第三極環境與地球系統科學研究，在我國山地冰芯和冰川變化研究領域做出了系統性的傑出貢獻，其研究揭示了西風和季風相互作用是青藏高原環境變化區域差異的主要驅動力，表現為西風和印度季風協同作用的三種模態，即青藏高原北部的西風模態、青藏高原南部的印度季風模態和青藏高原中部的過渡模態；發現過去的100年是過去2000年以來最暖的時期。