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ACP:云对使用MODIS地表温度估算气温的影响
2016-11-08

  由于具有较高的时空分辨率,MODIS地表温度在偏远地区气温估算方面具有特殊的应用价值,并已在全球不同地区得到验证和应用。近年来的多项研究表明,云可能会对使用MODIS地表温度估算气温造成显著影响。但是,由于研究手段和观测数据的不足,关于云影响的详细研究还未见报道。

  基于此,中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、青藏高原研究所张凡研究员课题组张宏波博士及其合作者选择青藏高原三种下垫面(冰川、荒漠草原和高山草甸)的自动气象站观测数据结合常规气象站数据(图1)进行综合分析,发现云对使用MODIS白天地表温度估算日最高气温和使用MODIS夜间地表温度估算日最低气温的影响是截然不同的。

  基于自动气象站观测数据的试验结果(图2)表明:MODIS夜间地表温度产品中存在的未被检测到的云栅格要明显多于白天地温产品;MODIS夜间地表温度产品中含有的大量未被检测到的云栅格,影响了夜间地表温度的准确性,进而显著降低了日最低气温的估算精度;对于日最高气温的估算,云的影响主要来自于云对日最高气温和白天地表温度相关关系的干扰,而云对日最低气温和夜间地表温度相关关系的影响很小。此外,基于常规气象站数据的试验结果(图3)显示:在前人研究中多次发现的日最高气温估算精度显著低于日最低气温的问题主要来自于栅格内地表温度的空间异质性,即MODIS栅格值与单点观测差异,而这一问题对MODIS白天地表温度的影响要显著高于夜间地表温度。进一步的试验发现:对临近时刻的MODIS地温观测进行“无云”条件限定,尽管对提高日最高气温估算精度的效果有限,但可以有效降低夜间地表温度中异常值的比例,从而提高日最低气温估算精度(图3)。

  本研究得到中国科学院战略科技先导专项B类(XDB03010401)以及国家然科学基金(41422101、41271079、41130638)项目资助。成果已发表于Atmospheric Chemistry and Physics(IF = 5.114)。

  链接:http://www.atmos-chem-phys.net/16/13681/2016/ 

图1. 研究区概况,3个自动气象站和92个常规气象站位置。

图2. 不同云量条件下,分别使用MODIS地表温度、去云之后的MODIS地表温度和实际观测的地表温度估算气温(包括日最高和日最低气温)的精度对比。

图3. 基于常规气象站数据和MODIS地表温度数据,“无云”和“有云”条件下气温(包括日最高和日最低气温)估算精度比较。

 
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