●序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 面向的科學問題和國家重大需求 2
1.3 國內外研究現狀和發展趨勢 3
1.3.1 陸面模式發展及能量和水分交換過程的模擬研究現狀及問題 4
1.3.2 遙感觀測驅動的陸表能量與水分交換過程模擬研究現狀及問題 7
1.3.3 數據同化研究中的問題和發展趨勢 10
1.4 展望與小結 11
參考文獻 12
第一部分 陸表能量與水循環關鍵要素的遙感觀測
第2章 陸表土壤水分的遙感觀測 19
2.1 土壤水分遙感概述 19
2.1.1 土壤水分觀測方法與遙感原理 19
2.1.2 土壤水分被動微波遙感研究進展 27
2.2 多角度數據聯合反演土壤水分 30
2.2.1 SMOS多角度亮溫數據優化處理方法 31
2.2.2 SMOS植被光學厚度與土壤水分反演算法 33
2.2.3 算法驗證分析 35
2.3 多通道數據協同反演土壤水分 42
2.3.1 多通道數據的信息度 42
2.3.2 多通道協同反演算法 45
2.3.3 算法驗證分析 47
2.4 土壤水分產品的空間降尺度 53
2.4.1 主被動微波降尺度 54
2.4.2 高低頻微波亮溫降尺度 60
2.5 土壤水分長時序產品構建 66
2.5.1 時間尺度擴展方法 67
2.5.2 產品驗證分析 69
參考文獻 74
第3章 陸表積雪的遙感觀測 81
3.1 積雪光學遙感原理 82
3.2 構建積雪覆蓋度驗證數據集 84
3.2.1 Landsat-8 OLI積雪覆蓋度“真值數據”算法說明與精度檢驗 84
3.2.2 驗證數據集建立流程及內容 87
3.3 三種MODIS積雪覆蓋度產品驗證 88
3.3.1 產品精度評價方法 90
3.3.2 精度評價結果 91
3.3.3 結果分析 99
3.4 MODIS積雪指數改進 107
3.4.1 歸一化差值積雪指數(NDSI)的局限 107
3.4.2 通用型比值積雪指數(URSI) 108
3.4.3 積雪覆蓋度與URSI及NDSI線性經驗關繫 108
3.4.4 積雪覆蓋度與URSI及NDSI線性經驗關繫驗證 111
3.5 基於風雲二號靜止氣像衛星的積雪覆蓋度監測算法 113
3.5.1 FY-2/VISSR數據 114
3.5.2 驗證數據與輔助數據 114
3.5.3 FY-2/VISSR積雪覆蓋度反演算法 115
3.5.4 FY-2 VISSR積雪覆蓋度驗證對比 117
3.6 基於新一代靜止氣像衛星積雪覆蓋度反演算法 124
3.6.1 研究區與Himawari-8 AHI數據 125
3.6.2 Himawari-8積雪覆蓋度反演算法?動態積雪指數法 127
3.6.3 Himawari-8積雪覆蓋度反演流程 130
3.6.4 Himawari-8反射率角度校正 131
3.6.5 Himawari-8積雪覆蓋度驗證 135
3.6.6 Himawari-8積雪覆蓋度的時空連續性 142
3.6.7 Himawari-8積雪覆蓋度誤差來源分析 143
3.7 靜止氣像衛星與MODIS融合的積雪覆蓋度 146
3.7.1 基於風雲二號靜止氣像衛星與MODIS積雪覆蓋度融合算法 146
3.7.2 基於新一代靜止氣像衛星與中分辨率成像光譜儀積雪覆蓋度融合算法 147
3.8 本章小結 149
參考文獻 150
第4章 陸表凍融狀態的遙感觀測 154
4.1 陸表凍融狀態遙感概述 154
4.1.1 陸表凍融過程觀測方法與遙感原理 154
4.1.2 陸表凍融狀態微波遙感研究進展 161
4.2 近陸表凍融狀態遙感判別算法 164
4.2.1 全球近陸表凍融狀態的判別分析 164
4.2.2 長時序陸表凍融狀態的遙感判別 172
4.3 高分辨率陸表凍融狀態遙感判別 176
4.3.1 單變量降尺度模型 176
4.3.2 雙變量降尺度模型 179
4.4 本章小結 183
參考文獻 184
第5章 陸表輻射的遙感觀測 187
5.1 陸表短波下行輻射的遙感觀測 187
5.1.1 引言 187
5.1.2 幾種典型陸表短波下行輻射的驗證與比較 188
5.1.3 短波下行總輻射與直射輻射的遙感估算 197
5.1.4 復雜地形區短波輻射量建模與反演 204
5.2 陸表長波下行輻射的遙感觀測 209
5.2.1 引言 209
5.2.2 長波下行輻射的光學與微波融合估算方法 210
5.3 淨輻射遙感估算 215
5.3.1 引言 215
5.3.2 算法 217
5.3.3 產品驗證 219
5.3.4 應用分析 226
參考文獻 229
第6章 全球逐日內陸水體時間序列制圖 236
6.1 引言 236
6.2 算法開發 239
6.2.1 水體典型特征 239
6.2.2 數據 241
6.2.3 方法與原理 249
6.2.4 精度驗證 262
6.3 驗證結果 263
6.3.1 基於同步高分辨率衛星影像 263
6.3.2 基於專家樣本 263
6.3.3 基於現有全球水體制圖產品 266
6.4 數據產品 266
6.4.1 數據產品介紹 266
6.4.2 數據產品存在的問題 269
6.4.3 數據產品特色 273
6.5 本章小結 278
參考文獻 278
第二部分 陸表蒸散發遙感估算及尺度轉換研究
第7章 陸表蒸散發遙感 285
7.1 陸表蒸散發基本理論和測算方法 285
7.1.1 蒸散發機理 285
7.1.2 蒸散發觀測方法 286
7.1.3 蒸散發遙感估算常用方法 287
7.2 陸表蒸散發過程分量遙感估算 289
7.2.1 植被蒸騰和土壤蒸發過程 290
7.2.2 冠層降水截留過程 299
7.2.3 冰雪升華過程 303
7.3 遙感觀測陸表關鍵狀態變量對陸表蒸散發估算的改進 308
7.3.1 遙感觀測淨輻射對蒸散發估算的改進 308
7.3.2 動態水體對蒸散發估算的改進 309
7.3.3 積雪覆蓋度對蒸散發估算的改進 311
7.3.4 凍融狀態對蒸散發估算的改進 313
7.4 全球蒸散發產品 315
7.4.1 全球蒸散發產品生產 315
7.4.2 全球蒸散發產品驗證 316
7.5 本章小結 318
參考文獻 319
第8章 陸表蒸散發觀測和模擬的尺度效應與尺度擴展 325
8.1 陸表蒸散發觀測和模擬的尺度效應概述 325
8.1.1 陸表蒸散發觀測尺度效應 325
8.1.2 陸表蒸散發模擬的尺度效應 327
8.2 蒸散發地面觀測到尺度擴展 328
8.2.1 蒸散發觀測到尺度擴展概述 328
8.2.2 陸表蒸散發尺度擴展與真實性檢驗研究方法 329
8.2.3 尺度擴展與真實性檢驗結果分析 335
8.3 蒸散發模擬尺度效應分析及真實性檢驗 343
8.3.1 陸表蒸散發模擬尺度效應分析 343
8.3.2 陸面過程模型粗網格蒸散發模擬的真實性檢驗 349
8.4 本章小結 352
參考文獻 353
第三部分 基於遙感觀測的陸表能水循環模擬研究
第9章 遙感在陸表能水循環模擬中的應用 363
9.1 引言 363
9.2 陸面模型簡介 364
9.2.1 陸面模型的發展歷史 364
9.2.2 主流陸面模式簡介 366
9.3 遙感在陸表能水循環模擬中的應用現狀 368
9.3.1 遙感產品在驅動數據中的應用 368
9.3.2 基於遙感產品改善模型初始狀態 370
9.3.3 遙感產品在模型參數中的應用現狀 372
9.4 展望與小結 372
參考文獻 373
第10章 基於遙感觀測的陸面模式參數優化 377
10.1 單點CoLM陸面模式參數優化 377
10.1.1 多種抽樣方法的比較 377
10.1.2 基於替代模型自適應抽樣的多目標參數優化方法 380
10.2 黑河流域CoLM模式的區域參數優化 388
10.2.1 COLM參數優化實施方案 388
10.2.2 COLM單點模擬與參數優化 392
10.2.3 COLM黑河區域尺度參數優化 396
10.3 陸面模式CLM在全球尺度的參數敏感性分析和優化研究 400
10.3.1 陸面模式簡介 400
10.3.2 可調參數與模擬變量 401
10.3.3 方法與數據 406
10.3.4 結果與分析 412
參考文獻 429
第11章 基於遙感觀測的陸表初始狀態優化 433
11.1 引言 433
11.2 研究方法 435
11.2.1 預報和觀測繫統 435
11.2.2 水分平衡弱約束的同化繫統 435
11.2.3 同化算法的改進 436
11.2.4 檢驗統計量 437
11.3 模型和數據 439
11.3.1 研究區域和觀測資料 439
11.3.2 驅動數據 439
11.3.3 陸面模式 440
11.4 理想實驗 440
11.4.1 實驗設計 440
11.4.2 預報誤差方差的擴大調整和垂直局地化 441
11.4.3 水分平衡約束 443
11.5 站點驗證 444
11.6 區域驗證 445
11.7 討論與小結 446
11.7.1 預報誤差方差的調整 446
11.7.2 偏差的校正 447
11.7.3 主要結論 447
參考文獻 447
第12章 區域應用：青藏高原陸?氣耦合模擬研究 452
12.1 引言 452
12.2 高分辨率陸面過程模擬及交叉驗證 452
12.2.1 高分辨率陸面過程模擬 452
12.2.2 土壤水分觀測 453
12.2.3 交叉驗證 455
12.3 基於WRF對次網格地形拖曳力參數化方案的評估 459
12.3.1 模式設置 459
12.3.2 風速 460
12.3.3 2?M氣溫和氣壓 463
12.3.4 討論 464
12.3.5 小結 467
12.4 TOFD對青藏高原夏季降水的影響 468
12.4.1 研究方法和數據 468
12.4.2 風場的模擬結果 469
12.4.3 討論 471
12.4.4 小結 473
參考文獻 473

本書以國家重大科學研究計劃項目“全球陸表能量與水分交換過程及其對全球變化作用的衛星觀測與模擬研究”為基礎，以解決“如何提高對全球和區域陸表能量和水分交換過程的時空分布特征及變化規律的觀測、機理認識、模擬和預估能力及其對全球變化作用的認識”這一關鍵科學問題為目標。本書首先介紹了陸表能量和水分交換過程的五大主要關鍵狀態變量(地表輻射平衡、土壤水分、積雪、凍融及動態水體等)高時空高精度的遙感反演理論和方法；其次介紹了適合多時空尺度陸表能量水分交換過程模擬的高分辨率復雜地表蒸散發遙感估算模型、水熱通量觀測和模擬的尺度效應及尺度轉換研究；最後介紹了基於遙感觀測的陸面模式“面源”參數優化方法，將優化後的參數應用到陸面模式中以改進模式的模擬性能，並在青藏高原開展了高分辨率的區域陸-氣耦合模擬應用，探究了陸面模式改進對改善陸-氣交互作用模擬的貢獻。