基于多源遥感资料的中国积雪制图及其时空变化研究

摘要

我国积雪覆盖面积广泛，准确获取积雪面积及雪深信息的动态变化对了解我国气候变化、水循环、水资源调查、畜牧业的发展及雪灾的预防预测具有重要的研究意义。MODIS数据以其高空间和时间分辨率，在生态遥感、大气遥感以及水文遥感等领域应用广泛。由于光学传感器受到云的强烈干扰，因此无法直接使用光学传感器获取的积雪产品对积雪覆盖面积进行有效统计。被动微波可以穿透云层，不受天气影响，但被动微波产品的粗分辨率极大地限制了区域积雪监测的精度。因此，去云和降尺度分别是利用光学产品和被动微波产品提高积雪监测精度的有效途径。
　　综合不同的研究方法，通过将光学遥感资料和被动微波资料进行多源产品融合，生成了没有云污染的逐日无云积雪面积比例产品及500m空间分辨率的雪深产品（SNDsp），并对这两种产品进行了精度评价和误差分析。在此基础上，进一步利用2000年12月~2014年11月近14年的MODIS无云二值积雪产品和降尺度得到的SNDsp雪深产品分析中国区域积雪时空变化趋势。研究结果表明：
　　（1）合成的逐日无云积雪面积比例产品完全去除了云的干扰，可有效地提高积雪监测的精度。利用高分辨率的Landsat8 OLI影像生成的积雪面积比例图作为真值对合成产品的精度验证表明，平均均方根误差仅为0.27，相关系数达0.72；误差分析表明，植被类型和地形因子是制约积雪信息提取精度的重要因素。
　　（2）降尺度效果较好，得到的SNDsp产品能显著地消除AMSR2雪深标准产品10 km×10 km像元的块状结构。利用21个气象台站实测雪深数据对升轨和降轨两个时间的AMSR2雪深标准产品及降尺度后的SNDsp产品进行了精度评价。结果表明：降尺度后的SNDsp升轨产品均方根误差较 AMSR2雪深标准升轨产品降低了1.78 cm，降轨产品的均方根误差较AMSR2雪深标准产品降低了2.68 cm，且SNDsp产品与地面台站实测雪深的相关性较AMSR2雪深标准产品在一定程度上有所提高。AMSR2雪深标准产品在雪深为7~9 cm时误差最小。SNDsp产品在雪深为16~18 cm时精度最高。雪深大于12 cm时，AMSR2雪深标准产品精度较低，而SNDsp产品在此基础上精度有了一定程度的提高。
　　（3）近14年来，中国年积雪覆盖日数和平均雪深总体呈增加的趋势；年平均积雪覆盖面积无明显变化趋势。中国夏季积雪覆盖日数呈减少的趋势，冬、春、秋三季的积雪覆盖日数均表现为增加的趋势；中国冬季、夏季和秋季的平均雪深表现为减少的趋势，只有春季的平均雪深表现为增加的趋势；夏季、冬季的平均积雪覆盖面积呈减少的趋势，春季和秋季的平均积雪覆盖面积则呈增加的趋势。
　　（4）从空间分布状况来看，年平均雪深增加和减少趋势的空间分布与年积雪覆盖日数具有较高的一致性，各季度的积雪覆盖日数和平均雪深变化趋势的空间分布也具有较高的一致性。中国积雪变化趋势的区域差异性显著：中国南部和东北地区积雪表现为明显的增加趋势；新疆地区则表现为明显的减少趋势；青藏高原西南部边缘地区及东南部表现为增加的趋势，高原的北部及西北部主要表现为减少的趋势。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究目的及内容

第二章 MODIS 积雪面积比例产品去云算法研究

2.1 研究数据及预处理

2.2 研究方法

2.3 算法结果及精度评价

2.4 小结

第三章 被动微波产品降尺度算法

3.1研究区概况

3.2 研究数据

3.3 降尺度算法

3.4 降尺度结果与精度评价

3.5 误差分析

3.6小结

第四章 中国积雪空间分布及时空变化特征

4.1 研究数据及方法

4.2 中国地区积雪空间分布特征

4.3中国积雪时空变化特征

4.4讨论

4.5小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢