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同化MODIS温度产品估算地表水热通量

徐同仁  
【摘要】: 本文基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM 1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。 敏感性分析: (1)将地表温度加上1%的随机误差,比较模型输出的地表温度和显热、潜热通量。结果表明:随着地表温度的变化,显热通量、潜热通量也随之变化。当地表温度均方根误差变化3.05K时,地表水热通量变化最大的是农作物下垫面,显热、潜热通量分别变化36.03Wm-2、55.86 Wm-2;地表水热通量变化最小的是森林下垫面,显热、潜热通量分别变化14.98Wm-2、16.74 Wm-2。(2)选取LAI=2.0为参考值,选取LAI的变化量为1.5,分别讨论以下情况对地表温度、地表水热通量的影响:(a) LAI=0.5;(b) LAI=3.5;(c) LAI=5.0。结果表明:当LAI值逐渐变小时,CLM对LAI的敏感度提高。为了精确地描述CLM模型中LAI的变化,本文选择了MODIS的LAI产品(MOD15A2)加入到CLM中。 同化系统:选取Common Land Model(CLM)作为同化系统的模型算子,集合卡尔曼滤波作为同化系统的最优化算法,建立了地表温度同化系统。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作为同化系统的观测算子。将MODIS地表温度与实测地表温度进行了比较,将其均方差RMSE作为观测误差。 实验数据:选取三个美国通量网站点(Blackhill、Bondville、Brookings)的观测数据为同化实验数据。这三站分别为森林、农作物、草地下垫面,代表了不同类型的土地覆盖分类,具有一定的代表性。遥感数据则选取MODIS温度产品和MODIS叶面积指数产品。本文仅选QC=0的数据作为实验数据。 同化结果:同化结果中地表温度、显热通量的估算精度均有提高:Blackhill(森林下垫面)改进最大,RMSE由81.5 Wm-2减小到58.4Wm-2, Bondville站(农作物下垫面)RMSE由47.0 Wm-2减小到31.8 Wm-2,Brookings站(草地下垫面)RMSE由46.5 Wm-2减小到45.1 Wm-2。而潜热通量估算精度在Bondville、Blackhill站有一定提高: Bondville站点RMSE由88.6 Wm-2减小到57.7 Wm-2,Blackhill站RMSE由53.4 Wm-2减小到47.2 Wm-2。总之,结合陆面过程模型同化MODIS温度产品估算地表水热通量是可行的。


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