项目信息

目录:
  1. 黑河流域遥感-地面观测同步试验与综合模拟平台建设
  2. 陆面数据同化中的贝叶斯滤波方法研究
  3. 多源遥感数据同化通用软件系统研制
  4. 基于数据同化方法的蒸散发遥感估算及时间尺度扩展研究
  5. 青藏高原冻土活动层的主/被动微波遥感数据同化研究
  6. 被动微波遥感反演雪水当量的数据同化方法研究
  7. 陆地碳循环遥感与模型模拟的融合方法研究
  8. 地表关键参数遥感反演与数据同化系统研究

1、黑河流域遥感-地面观测同步试验与综合模拟平台建设返回目录

水是攸关西北地区21世纪可持续发展的战略资源,管好水、用好水,必须更加深入地理解宏观尺度和流域尺度上的水循环机理,而深入理解水循环必须依靠大量精细的观测事实。中国西北地区有着鲜明的寒区和旱区相伴而生的特点,特别是内陆河流域,具有全球独特的以水为纽带的“冰雪-森林-草地-绿洲-荒漠戈壁”多元自然景观,是在流域尺度上开展寒区和干旱区水文与生态等陆面过程研究的理想试验场。近年来,以流域为基本单元,围绕“水-土-气-生-人”相互作用,国内科技界开展了一系列卓有成效的研究,并且逐渐认识到必须以地球系统科学思想为指导,以现代模型模拟及信息获取与处理技术为手段,开展综合集成研究。

集成研究中机理剖析的深入、方法论的突破和综合模型的建立,无不有赖于高分辨率、高质量和系统化的基础数据集,但无论是现有的观测数据或者是国际上其他地区的陆面过程试验数据,都无法满足流域科学集成研究的要求,数据瓶颈的问题十分突出。随着全球观测手段的出现和日趋成熟,大型综合观测试验在地球表层系统科学研究中扮演着越来越重要的角色,许多试验甚至成为一个阶段科学认识和研究方法进步的里程碑。

项目负责人:李新研究员             研究年限:2007年6月------2010年12月

项目网址:http://water.westgis.ac.cn/

2、陆面数据同化中的贝叶斯滤波方法研究返回目录

发展包括扩展卡尔曼滤波、集合卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、中心差分卡
尔曼滤波、粒子滤波以及无迹粒子滤波等一系列贝叶斯滤波方法在内的非线性数据同化算法,利用陆面过程模型(VIC)、水文模型(DHSVM)以及土壤湿度观测和 MODIS 地表温度产品开展数据同化数值试验,系统的比较各种贝叶斯滤波方法在数据同化中的应用,总结它们的优缺点,度量误差,发展通用算法,促进陆面数据同化的基础研究,为以后的数据同化研究提供一个通用、快速、稳健、能够自动纠错、物理约束更强的同化系统算法平台。

项目负责人:李新研究员             研究年限:2008年1月------2010年12月

3、多源遥感数据同化通用软件系统研制返回目录

陆面数据同化的核心思想是在陆面过程模型的动力框架内,融合不同来源和
不同分辨率的直接与间接观测,将陆面过程模型和各种观测算子集成为不断地依
靠观测而自动调整模型轨迹,并且减小误差的预报系统。陆面数据同化已日趋成
为陆面过程和水文研究中的热点和前沿。目前还没有一个针对通用功能的、便于
学习和改进的、高效运算的陆面数据同化软件包。本项目的目的是设计并实现一
个通用、快速、稳健、高性能的多源遥感数据同化平台,促进陆面数据同化在地
球表层系统科学和定量遥感研究中的应用。

项目负责人:李新研究员            研究年限:2009年1月------2011年12月

4、基于数据同化方法的蒸散发遥感估算及时间尺度扩展研究返回目录

本项目以黑河中游观测数据为基础,以通用陆面过程模型(Common Land Model)为骨架,集成集合卡尔曼滤波算法、遥感模型和误差估计模型,建立可同化遥感反演的表面温度产品和雷达后向散射系数的蒸散发数据同化系统,实时融入多源遥感数据(可见光、近红外、热红外和微等),实现对模型参数和变量的同步优化。发展模型误差估计方法,生成黑河中游地区空间分辨率为 1km、时间分辨率为1小时、时空连续的蒸散发以及感热、潜热、土壤温度、土壤水分等数据集。利用数据同化方法解决蒸散发遥感估算中时间尺度扩展问题,促进遥感数据在地表能量、水文循环等方面研究的深入开展。

项目负责人:黄春林博士             研究年限:2009年1月------2011年12月

5、青藏高原冻土活动层的主/被动微波遥感数据同化研究返回目录

本项目以考虑了雪盖、土壤盐分及枯枝落叶层对土壤冻融影响的一维水-热-盐分耦合模型SHAW为物理动力学约束框架,拟建立一个通过集合卡尔曼滤波算法同化多频率微波辐射计亮度温度(SSM/I和AMSR-E)和多角度散射计后向散射系数(SeaWinds)观测数据的同化系统,以显著改善青藏高原冻土活动层水热特征变量及活动层厚度的模拟和预报精度;并获得融合了模型模拟和观测信息的、具有时空一致性的土壤冻融状态、冻土温度及含水(冰)量数据集,用于分析青藏高原冻土分布、活动层厚度及土壤冻融周期的空间分布现状及其对气候变化的时空响应特征,促进对冻土动态过程的理解。

项目负责人:晋锐博士               研究年限:2008年1月------2010年12月

6、被动微波遥感反演雪水当量的数据同化方法研究返回目录

采用陆面数据同化方法,在陆面过程模型(CLM)的控制下,利用改进的多层
积雪微波辐射传输模型(MEMLS),使用 EnKalman 滤波算法同化被动微波卫星亮温数据
(AMSR-E),反演得到具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的雪水当量数据集。解决微波反演积雪水当量中 1)独立观测量小于待反演参量的“欠定”反演问题,2)由于积雪层中液态水含量导致的“不可”反演问题,3)卫星过境时间不连续引起的积雪数据时间和空间不连续问题。最终获取 AMSR-E数据反演的全国范围内空间分辨率为 1/4 度、时间分辨率为 6 小时的雪水当量数据集。

项目负责人:车涛博士             研究年限:2007年1月------2009年12月

7、陆地碳循环遥感与模型模拟的融合方法研究返回目录

探索陆地碳循环研究中的模型-观测融合方法,发展一个以动态植被模型
LPJ-DGVM 为骨架,融合 MODIS、SPOT VEGETATION的 LAI、fpar 高级遥感数据产品以及经过定标的波段反射率等初级遥感数据产品,融合碳通量观测数据,同步估计模型参数和优化模型状态变量,并且定量评价不确定性的陆地碳循环模型与观测动态融合系统。提高陆地碳循环通量的估计精度,改善其一致性和可信度,更准确地给出我国陆地生态系统 NPP 和NEP 的空间和时间分布。

项目负责人:卢玲副研究员           研究年限:2009年1月------2011年12月

8、地表关键参数遥感反演与数据同化系统研究 返回目录

以地表过程模型为框架,以中科院野外台站观测数据为基础,在已经初步建成的中国西部陆面数据同化系统的框架下,发展中国陆地表层系统环境要素多源数据同化系统,全面提高系统的质量和效率,同化多源遥感资料(包括被动微波观测、散射计遥感观测以及MODIS陆面产品)和野外台站观测数据,提高陆地表层系统环境要素的时空分辨率和精度。建立中国陆地表层系统环境要素多源数据同化系统,生产1998-2008 年时间分辨率为1 小时、空间分辨率为0.1 度的时空一致性的、高质量的水循环、能量循环和碳循环相关变量的同化数据集。

项目负责人:黄春林博士           研究年限:2009年1月------2011年12月