运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料，建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T₀的关系式，利用北京21个常规气象站观测资料，以及2004年5景TM图像，建立热惯量与大气水汽压的经验关系式，将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中，率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值，对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明：利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量，比利用单一大气下行辐射值来估算，精度提高了9.5％。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的，而且有应用前景。     

中国地区 3 个 AERONET 站点气溶胶直接辐射强迫分析

利用全球气溶胶监测网(AERONET)观测资料,借助平面平行辐射传输模式,计算兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)、香河站和太湖站多年晴空条件下的气溶胶直接辐射强迫.结果表明,SACOL、香河和太湖地区大气层顶气溶胶日平均直接辐射强迫分别为(-7.2±7.1)、(-11.7±9.5)和(-14.9±8.3)W/m2,地表处分别为(-21.9±12.2)、(-36.5±29.5)和(-42.2±21.0)W/m2,大气中分别为(14.7±9.7)、(24.8±23.0)和(27.3±16.5)W/m2.香河站和太湖站气溶胶对地表的降温和大气的增温大于SACOL站.地表和大气中辐射强迫对气溶胶光学厚度的变化敏感,而大气层顶处敏感性较弱.沙尘气溶胶直接辐射强迫大于所有气溶胶的平均值,且对地表降温和大气增温更明显.     

“臭氧空洞”是杞人忧天吗？

臭氧层是指高度在10～50公里之间的臭氧集中的大气层,其高度大致与平流层相当。臭氧层能够大量吸收太阳紫外线辐射中对生命有害的部分,对地表生物起十分重要的保护作用。另外,臭氧层的存在,对保持平流层大气温度的恒定也有重要的作用。由于人类活动对高空光化学的影响,致使臭氧含量逐渐降低,在生物界和气候两方面已产生严重后果。前者表现为紫外线辐射的增强和皮肤癌发病     

运用表观热惯量遥感地表蒸散——以河北省易县崇陵流域为例

现有遥感地表蒸散的方法是基于地表热量平衡方程,先求出地表净辐射通量、土壤热通量和显热通量,再用余项法求出潜热通量。地表净辐射通量和显热通量的计算需空气温度、风速和地表粗糙度等非遥感参数,并且涉及到空间插值问题,由此增加了估算的复杂性并降低了估算的精度。引入反映地物固有热特性的物理参数一表现热惯量,结合地表辐射温度,充分利用遥感较易获取的这两个参数来估算地表蒸散,可弥补上述不足。利用河北省易县崇陵流域卫星过境同步观测的地面资料,以2007年5月28日过境的LANDSAT／TM作为数据源,尝试利用表现热惯量来遥感地表蒸散的新途径。首先根据像元表现热惯量和地表辐射温度等遥感参数反演出像元的大气下行辐射,进而估算出地表净辐射通量;其次,利用表现热惯量估算出波文比,再根据波文比时地表净辐射通量进行切割,然后代入地表热量平衡方程中,直接估算出地表潜热通量;最后,计算出崇陵流域日地表蒸散量,并获取其空间分布图。这种方法避开了估算显热通量的中闻环节,可操作性更强。     

基于Lansat8卫星影像的南宁市热岛效应研究

文章以广西首府南宁市为研究区,选择2015年4月Landsat8 OLI/TIRS多光谱和热红外影像为数据源,图像经辐射定标和大气校正等预处理后采用辐射传导方程法反演地表温度,紧接着利用监督方法进行土地利用/覆盖分类,分析南宁市城市热岛的时空分布特征、地表温度与土地利用/覆盖的关系等相关规律。结果表明:南宁市存在明显的热岛效应,地表温度与土地利用/覆盖有显著关系,地表平均温度表现为裸地建设用地草地耕地林地水体,在城市建成区适当增加绿化和水体而积是缓解城市热岛效应的有效方法。     

基于Fu-Liou辐射传输模式和卫星观测资料的气溶胶对全球地表太阳辐射影响的研究

气溶胶可以吸收和散射太阳辐射,影响地表辐射收支平衡,使到达地表的太阳总辐射减少,同时散射辐射在总辐射中所占的比例增加。本文基于MODIS气溶胶产品和CERES云产品等大气遥感资料,利用Fu-Liou辐射传输模式对全球地表辐射进行了有无气溶胶的两组模拟试验。将考虑气溶胶的试验模拟值与BSRN站点观测值进行对比,结果显示地表总辐射模拟的R值达到0.92,地表散射辐射模拟的R值达到0.84,模拟值与观测值有着比较好的一致性。比较两组模拟结果显示,2007年气溶胶导致全球地表总辐射平均减少了9.16W/m2,降低幅度较大的地区往往气溶胶光学厚度(AOD)也较高。对于散射辐射来说,气溶胶在全球不同地区却有着不同的正负效应:地表反照率高的地区,气溶胶往往使得散射辐射大幅增加;而云分数较高的地区,气溶胶往往导致散射辐射大幅度下降。2007年气溶胶导致全球地表散射辐射平均增加了8.17W/m2。     

地表遥感蒸散发模型研究进展

蒸散发(Evapotranspiration,ET)包括植被蒸腾与土壤蒸发,是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分,也是陆面过程研究的关键参数。卫星遥感技术的兴起,使获取大尺度非均匀下垫面的地表特征参数成为可能,一系列旨在精确估算地表实际蒸散量的遥感模型由此应运而生,以满足局地、区域乃至全球尺度蒸散发估算的需求。通过分析净辐射通量和地表与近地面大气层湍流热通量交换的方式,将遥感蒸散发模型分为单层模型和双层模型,总结其模型原理,讨论典型模型的优缺点及适用条件,分析蒸散发反演存在的遥感模型精度的图像范围依赖性和分辨率依赖性、时间尺度扩展及不确定性、模型验证以及地表辐射温度和阻抗5个问题。指出今后应加强地表温度反演精度、时间尺度扩展、有云日地表蒸散发、地面观测等方面的研究。     

微波遥感定量反演研究中大气参数的估算模型

被动微波遥感对地表参数的反演研究中通常会忽略大气的影响.在定量遥感精度要求较高的情况下,建立大气参数的定量估算模型以剔除大气影响,对于提高反演精度具有积极作用.本文基于辐射传输模型,总结出大气向上和向下亮温及大气透过率这3个大气参数均与大气可降水量密切相关.利用MonoRTM模型和全球946条大气廓线建立晴空条件下大气亮温和大气透过率与大气可降水量之间的函数关系,发现大气亮温与大气可降水量呈正相关,大气透过率与大气可降水量呈负相关.本文利用中国张掖地区探空数据集对大气参数估算模型进行验证.模拟结果与通过MonoRTM模拟的结果基本一致,表明本模型具有较高的可靠性.通过本模型可定量计算大气对被动微波遥感的影响,提高微波遥感定量反演的精度.     

基于辐射传导方程的三峡库区腹地地表温度的遥感反演

利用Landsat-5 TM影像,采用辐射传导方程对三峡库区腹地的地表温度进行了反演。在辐射传导方程中,对于地表比辐射率的估算,考虑到库区腹地复杂的地形和地表覆被类型的多样性,采用结合地形、水、建筑和自然表面等因素作用的经验公式进行。结果表明:①地表温度随海拔的升高呈降低趋势,其空间展布与山脉走向一致;②不同的地表覆被格局下,近地面水热交换差异较大,地表温度作为其中重要的参数也展现出显著的异质性,呈现建筑＞自然表面＞水体的基本格局。在相同海拔高度下,地表温度的高低主要取决于地表覆被的类型及其转换;③同一覆被类型间在不同海拔下的地表温度间的变化幅度因覆被类型的不同而差异显著,但随海拔的升高而降低具有显著的垂直变化规律;④验证点反演出的地表温度均是介于最低与最高气温之间的,与植被覆盖度较高区域的地表温度和气温间的关系非常接近。奉节和万县的地表温度反演值均显著高于相应站点同日平均气温,尤其是万县站高出值达7.46 ℃,主要源于站点位于城区内部,地表覆被中建筑所占比重较大,使得反演值明显高于日平均气温。地表温度的遥感反演值符合地表水热关系和垂直温度梯度规律。     

地球深处 热水汇成海

在地表之下１０００多公里的地层深处，地质学家出人意料地找到了大量的水。据估计，在温度达１０００摄氏度以上、饱受高压的矿物岩里，水的含量可能是世界上所有大洋中水量的５倍。在地表之下６５０公里至２９００公里的深处，是围绕在地核周围的高热、高压物质。日本东京科学院的科学家估计，在这被称为下部地幔的矿物质中，水的含量可能是其自身重量的２０％。如果这一结论得到最终证实，那么已有的行星理论也许就要修改，因为这表明地球初始阶段混合物质的数量，可能超出早先的预料。参加研究的科学家采用构成下部地幔的３种主要矿物质…     

全球气候变暖对生态环境和气象灾害的可能影响

综述了由于大气中ＣＯ２及其它温室气体浓度的增加，引起全球地面平均气温升高，并导致生态环境、海平面的变化，气象灾害和其它自然灾害的频发，对国民经济各部门都将产生影响     

Evaluating the effects of ideology on public understanding of climate change science: how to improve communication across ideological divides?

While ideology can have a strong effect on citizen understanding of science, it is unclear how ideology interacts with other complicating factors, such as college education, which influence citizens' comprehension of information. We focus on public understanding of climate change science and test the hypotheses: [H1] as citizens' ideology shifts from liberal to conservative, concern for global warming decreases; [H2] citizens with college education and higher general science literacy tend to have higher concern for global warming; and [H3] college education does not increase global warming concern for conservative ideologues. We implemented a survey instrument in California's San Francisco Bay Area, and employed regression models to test the effects of ideology and other socio-demographic variables on citizen concern about global warming, terrorism, the economy, health care and poverty. We are able to confirm H1 and H3, but reject H2. Various strategies are discussed to improve the communication of climate change science across ideological divides.     

寒春过后看世界“变暖说”

本文针对目前的热点话题——全球气候变暖,提出了三个疑问：气候真的在异常变暖吗？气候变暖真的有害吗？即便气候真的在异常变暖,主要是人为排放温室气体所致吗？经论证分析,本文认为气候变化是一个还没有定论的科学前沿问题,和政治、经济有关,但应该和公众无关。     

差分方程的χn+1=δχn-k+χn-k-1/A+χn-k-1全局性质

研究差分方程χn+1=δχn-k+χn-k-1/A+χn-k-1,(n=0,1…)的全局性质。得到的结论是:若δ≤(A-1),方程的零平衡点全局渐进稳定;若A-1<δ≤A+1,方程的每个正解全局收敛于正平衡点。     

2000-2011 年中国地表比辐射率时空格局及影响因素分析

地表比辐射率是影响地表长波辐射收支的重要物理参数和生态参数.本文通过对EOS-MODIS卫星地表比辐射率产品(MOD11A2)的时空特征分析,得到2000-2011年12年中国地表比辐射率数据集的时空分布特征.结果表明,全国地表比辐射率取值区间较小,仅为0.9610~0.9760.土地覆被类型的空间分布决定了比辐射率的空间格局特征,不同土地覆被类型的比辐射率以沙地最小,冰雪和水体最高,而且耕地要明显高于自然植被.2000-2011年地表比辐射率变化总体上以降低趋势为主,但在我国西北部的新疆和青海等地区变化较为复杂,部分地区表现出明显的增加趋势.在6个气候区内,地表比辐射率从高到低顺序依次为: 暖温带湿润区>中温带湿润区>中温带半干旱区>热带亚热带湿润区>青藏高原区>中温带干旱区.积雪可以显著增加地表比辐射率,在中温带干旱区,可使比辐射率值从0.964升高到0.967左右.不同气候区无雪情况下比辐射率年内变化规律并不相同,呈现出各自独有的变化特征,以中温带干旱区比辐射率年内变化最为明显.但所有气候区的比辐射率年际差异较小,没有显著的变化趋势.     

我国农业应对气候变化的发展策略研究

近几十年来,随着工业化进程的加快和温室气体排放的增多,全球气温呈现出显著的上升趋势,在此背景下,我国的气候变暖趋势也越来越明显。气候变化无疑会对农业造成影响,气候变暖影响农作物的生长发育和品质、导致高温伏旱和海平面上升,是我国农业可持续发展的重大挑战。为此。我国应控制温室气体排放、发展节水农业、推行生态农业、加强科技开发、促进全球合作,积极应对气候变化带来的挑战。     

应对气候变化的碳收支认证及相关问题

该专项针对我国应对气候变化与碳减排的国际谈判以及国家可持续发展最佳途径选择等重大科技需求,有效组织中科院和相关高校及部委相关单位多学科交叉的优势力量,深入研究我国的陆地碳收支定量认证、碳增汇潜力与速率、增汇技术与措施以及未来全球增暖情景与大气温室气体浓度关系的不确定性等重大科学技术问题.由此形成支撑我国应对气候变化的温室气体减排增汇、国家可持续发展战略决策的数据资源体系、科学知识体系和技术支持体系;全面提升我国在温室气体排放认证方法论与技术体系、陆地碳收支定量评估与认证、生态系统与气候变化科学研究、生态系统增汇技术与措施、区域碳收支调控管理政策等研究领域的整体科学研究水平,实现国家应对气候变化科技支撑能力的跨越式发展,提高我国的国际影响力和外交谈判的话语权;形成一支具有扎实研究基础,并适应重大多学科交叉的科技队伍,实现我国科学家进入世界前沿科技舞台的战略目标.该专项将着力回答如下核心科学问题:(1)我国的温室气体排放量是多少？(2)我国陆地生态系统有多大的固碳潜力和速率？(3)在温室气体减排的“三可”(可测量、可报告、可核查)问题上我们如何应对？(4)如何认识气候变暖对大气CO2浓度的敏感性？(5)如何认识气候变暖对生态和环境变化的影响？(6)应对气候变化的绿色发展战略和政策是什么？通过专项实施将实现:自主建立我国能源、水泥等行业的碳排放计量体系,定量评估土地利用变化引起的温室气体排放;建立以卫星遥感、空中监测与地面网络监测和大气模式系统相结合的我国自主大气碳浓度和碳源汇监测系统,以及陆地碳收支的地面观测研究网络;综合研究和定量评估我国各类生态系统的碳增汇潜力与速率,评估我国重大生态工程的增汇贡献,研究人工干预下生态系统增汇的原理和技术系统,建立我国典型区域碳增汇的科技试验和示范体系;发展更为完整的新一代气候系统模式,定量预估未来气候增暖幅度相对应的大气温室气体浓度,理解人为排放气溶胶与气候变化的关系,进一步减少其相互关系认知的不确定性;分析过去百、千、万年时间尺度的气候变化事实,研究过去万年气候变化的自然规律和人类适应过程,增强对气候变化自然过程及其归因的认识;分析国际碳贸易市场机制及其对我国的可能影响,提出建立我国碳交易市场体系,林业、农业、牧业的减排增汇技术和经济政策,国内地区和行业间的生态补偿政策与碳管理体制等相关问题的政策建议与技术支撑体系.     

1979—2017年北极陆地气候变化趋势

北极地区是受全球变暖影响最为显著的地区之一。北极升温速率超过全球平均速率的2倍,这一“极地放大现象”和海冰的快速消融不仅造成当地环境的剧烈变化,还深刻影响着中纬度的天气和气候系统。深入理解气候长期趋势的季节和地理分布特征,有助于应对北极气候变化及其影响,并为未来开发北极资源服务。考虑到北极地区观测台站稀疏带来的不确定性,本文利用多套格点化的观测分析和ERA-Interim再分析资料,结合线性趋势分析,研究了1979—2017年60°N以北陆地地表温度、降水、气温日较差、年较差及相关极端气候指标的变化趋势。结果显示：①各资料中气温变化的一致性很高,但对于降水在2008年之后的变化,不同资料差异较大,可能是金融危机下可用台站数量急剧下降造成的。②ERA-Interim再分析资料能够很好地再现北极陆地温度和降水的整体增加趋势,变化速率分别约（0.57±0.07） ℃/10 a和（0.10±0.05） mm/d/100 a。春、秋、冬季升温趋势强,而夏季升温趋势较弱。北冰洋沿岸地区升温速率最大,局地可超过1.0 ℃/10 a。③降水的增加趋势在秋季最大。西伯利亚降水的增加与局地升温有很好的对应关系,其中秋季西伯利亚东部平均和极端降水的增加趋势可达热力学约束的8 %/K。④夏季气温日较差没有显著的变化趋势,春季阿拉斯加和加拿大北部地区的气温日较差呈显著增大趋势,其他区域则以减小趋势为主。气温年较差在北欧、阿拉斯加和加拿大北部呈减小趋势,在西伯利亚西部和东部呈增加趋势。无论冬夏,温度最小值的升高趋势比最大值更显著;冬季温度最小值的升高趋势比夏季更显著。研究表明,地表升温是北极陆地局地降水增加的重要驱动因素,不同区域降水变化的差异则可能与环流变化有关;观测台站数量的减少对降水趋势的监测有显著影响;ERA-Interim可作为北极地区观测分析资料的重要补充,特别在台站稀疏地区和台站数量减少的时段,ERA-Interim可提供一致和可信的气候变化信息。     

研发海洋“负排放”技术 支撑国家“碳中和”需求

应对气候变化的关键是实现碳中和。实现碳中和的基本途径包括"减排"(减少向大气中排放CO2)和"增汇"(增加对大气中CO2的吸收)。我国作为碳排放大国和发展中国家,应在尽可能减排的同时想方设法增汇,也即研发负排放的方法与途径,这是实现碳中和的必由之路,应强调主动作为。海洋是地球上最大的活跃碳库,有着巨大的碳汇潜力和负排放研发前景。我国的海洋碳汇理论研究已走在国际前沿,并推动了科学与政策的连接。当前,应从顶层设计、及时布局,对外引领国际大科学计划,对内结合国情大力研发海洋负排放技术,打造负排放生态工程;建立海洋碳汇标准体系,并通过大科学计划将其推向世界,占领国际制高点,为实现碳中和宏伟目标提供有力的科技支撑。     

城市化发展战略中气候变化的影响评价研究

全球气候变暖加剧了城市“热岛效应”,对城市生态系统,水循环、大气环境、人类健康以及城市基础设施等造成严重影响,加强气候变化的影响评价有利于完善城市发展建设的规划,促进城市承载力的建设,改善我国城市人居环境,提高城市人民生活质量。