基于RS和GIS的新疆大气可降水量的反演和估算研究

论文摘要

大气可降水作为一个重要的气象参数,是全球水循环过程中最活跃的成分。区域大气可降水量是天气气候学界关注的重要问题之一。新疆地处干旱半干旱地区,年均降水量仅为155mm。水资源是制约新疆社会经济发展和生态环境改善的瓶颈。新疆地广人稀,地面气象台站稀少,卫星遥感大面积探测大气可降水量的时空分布和变化特征是目前唯一快速和有效的方法。利用卫星遥感数据,结合地基GPS反演大气可降水量是近些年来发展并被广泛应用的大气可降水量探测新技术,其优点是解决了地面探空所无法解决的连续、实时、高空间分辨率的大气可降水量的计算问题。本文利用地基GPS解算的大气可降水量数据,结合MODIS遥感数据进行大气可降水量的反演研究,并对由此得到的新疆地区大气可降水量时空分布特征进行分析。主要结论如下:1.用MODIS两通道比值法、二通道比值加权法以及18,19通道比值法反演大气可降水量。三种方法所得结果与乌鲁木齐站GPS大气可降水量进行比较分析,结果表明:二通道比值加权法相关系数最高,决定系数为0.939,平均绝对误差为2.23mm,平均相对误差为11.17%;18,19波段比值法反演的结果次之,决定系数为0.889,平均绝对误差为2.63mm,平均相对误差为13.17%;二通道比值法的反演结果较差,决定系数为0.901,但平均绝对误差却达4.5mm,平均相对误差为22.63%。2.利用地面探空实测数据计算乌鲁木齐的大气可降水量,并与乌鲁木齐地基GPS大气可降水量解算结果进行对比。结果表明:探空大气可降水量和GPS大气可降水量的相关系数通过Pearson相关性检验,显著性水平为0.01,相关系数为0.911,标准误差为2.66mm。应用订正公式对二通道加权影像进行订正,经过订正后的大气可降水量与GPS大气可降水含量的相关性进一步增加,决定系数达到了0.940,平均绝对误差为1.53mm,平均相对误差为7.66%。根据新疆区域的矢量文件,把二通道加权法反演的大气可降水量影像剪切为不同区域,分别用各个区域相应时段气压值进行订正,再把订正后影像镶嵌为一整幅影像,可获得精度相对较高的影像。3.运用ARCGIS软件对获得的大气可降水影像进行统计,以估算区域大气可降水量,由此计算出新疆2007年7月-9月间各地区晴空大气可降水量均值。奎屯市的大气可降水量最高,为23.79mm,其次为石河子地区大气可降水量23.51mm,克拉玛依市的大气可降水量为22.97mm,平均大气可降水量最小的为克州,为9.68mm。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外大气可降水量研究发展和现状
• 1.2.1 近红外遥感反演大气可降水量的发展和现状
• 1.2.2 GPS 遥感反演大气可降水量发展与现状
• 1.3 研究内容、目标、技术路线及数据来源
• 1.3.1 研究内容和目标
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 数据来源
• 2 新疆区域大气可降水量探测概况
• 2.1 大气可降水量探测概况
• 2.1.1 探空水汽的概况
• 2.1.2 GPS 探测水汽概况
• 2.2 NCEP/NCAR 再分析资料计算的大气可降水含量结果
• 3 MODIS 遥感探测系统概况
• 3.1 EOS 概述
• 3.1.1 EOS 计划概况
• 3.1.2 EOS 卫星的主要任务
• 3.2 MODIS 传感器及其多光谱特征的特性
• 3.2.1 MODIS 遥感数据的特点
• 3.2.2 MODIS 波段分布和主要应用
• 3.2.3 MODIS 传感器的各项技术指标
• 4 利用 MODIS1B数据探测大气可降水量
• 4.1 MODIS1B 数据探测大气可降水量
• 4.1.1 大气可降水量的遥感反演方法和通道
• 4.1.2 MODIS 近红外大气可降水量反演原理
• 4.1.3 反演方法的数学模型
• 4.1.4 验证及不确定性估计
• 4.2 MODIS1B 数据反演大气可降水量流程
• 4.2.1 MODIS1B 数据的获取
• 4.2.2 等经纬度投影
• 4.2.3 去蝴蝶结处理
• 4.2.4 范围掩膜
• 4.2.5 数据处理
• 5 利用地基 GPS 技术计算乌鲁木齐地区大气可降水量
• 5.1 地基GPS 技术计算大气可降水量的基本原理
• 5.2 干延迟项的计算
• 5.3 由湿项延迟（ZWD）计算大气积分可降水量
• 5.4 GPS 遥感可降水分的精度分析
• 5.4.1 无线探空资料的处理
• 5.4.2 地基GPS 探测与无线电探空资料比较结果
• 6 基于卫星遥感数据的新疆大气可降水量分布特征
• 6.1 MODIS 近红外大气可降水量与地基GPS 大气可降水量的对比分析
• 6.2 MODIS1B 大气可降水量影像的订正
• 7 基于 GIS 新疆大气可降水量的估算研究
• 7.1 用规则矢量网格分区估算大气可降水量
• 7.2 用不规则矢量文件分区统计估算大气可降水量
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 不足与展望
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 后记