[发明专利]一种森林影响全球雪水当量动态反演方法和装置

说明书

本申请公开了一种森林影响全球雪水当量动态反演方法，包含以下步骤：根据针叶林微波森林透射率、阔叶林微波森林透射率、针叶林和阔叶林的占比，计算像元的微波森林透射率；反演地面气象站点积雪层指数相关长度，再根据所述地面气象站点积雪指数相关长度、地面站点雪深、卫星辐射计亮度温度梯度数据，建立拟合模型；将站点的指数相关长度进行差值，扩展到全球空间任意位置；使每一个积雪像元都有一个指数相关长度值；根据所述拟合模型、使用所述积雪像元的指数相关长度值、卫星辐射计亮度温度梯度，确定所述积雪像元的地面雪深，再得到雪水当量。本申请还包括用于实现所述方法的装置。本申请解决现有技术进行雪水当量反演时精度不高的问题。

技术领域

本申请涉及卫星遥感技术领域，尤其涉及一种考虑森林影响的全球雪水当量动态反演方法和装置。

背景技术

冰冻圈在全球气候系统中扮演着重要角色，是全球气候变化的指示器。积雪是冰冻圈主要的要素之一，分布范围广，欧亚大陆和北美大陆冬季至少80％的地区被积雪所覆盖，覆盖面积约为4650万平方公里，而在夏季八月份有380 万平方公里(Frei andRobinson 1999)。雪的反照率很高，新雪的反照率高达0.9 以上，陈雪的反照率也在0.4以上，因此积雪会反射大量到达地表的太阳短波入射辐射，深刻影响着地球表面的能量平衡。积雪是热的不良导体，它显著减小了地表和大气之间的热量交换，可保护雪盖下植物的生长，并影响冻土的发育等地表自然过程。积雪在水文循环中也有着突出的作用，对人类的实际生产和生活也非常重要，在许多山区，融雪径流是可依赖的稳定水源，被用于灌溉、生活；同时，牧区雪灾和不期而遇的雪崩等也会给当地人民的生命财产安全产生重大威胁。因此，获得高精度的积雪分布非常重要。被动微波遥感时间分辨率高，并且能全天时全天候工作，成为目前大尺度上积雪监测的常用遥感数据。制约被动微波遥感雪深反演精度的关键因素是森林的遮蔽衰减效应和积雪特性的时空变化。

现有的雪水当量反演算法，森林地区的反演结果出现严重的低估现象，原因主要是森林对林下积雪微波信号的衰减以及森林自身的辐射作用。植被冠层与电磁波相互作用的复杂性源于衰减和发射共存，其中冠层衰减了来自林下积雪的微波辐射，同时自身又会发射一部分能量。特别是在森林密集区，高频微波无法穿透冠层，此时辐射特征完全由森林主导，而不能体现积雪信息。针对森林的影响，目前的解决方案主要有以下三个方向：第一个研究方向是直接建立纯森林像元下18.7GHz和36.5GHz的亮度温度差和雪水当量的关系(Goita et al.2003)，这种方法无法解决非纯森林像元的问题，也没有区分阔叶林与针叶林等森林种类，不同类型的森林辐射有较大差异；第二个研究方向是通过系数校正的方式引入森林覆盖度因子，美国雪冰数据中心(NSIDC)产品以及中国西部数据(WESTDC)产品都采用了这种方法，这种方式同样没有区分阔叶林与针叶林等森林种类，同时由于系数的缩放因子不好控制，过高地估计了森林的影响，导致雪深严重高估；第三个研究方向是半经验模型，微波透过率零阶半经验τ-ω模型和基于材积量的经验函数(欧空局GlobSnow产品采用该方法)，半经验的模型都需要研究区实际森林生物量进行参数校正，否则在大区域尺度上经验参数会出现较大的误差，该方法由于需要大量实地的森林生物量参数，不适合在全球尺度上应用。