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目 录

1.引言 4

1.1青藏高原概况 4

1.2地表反照率的影响 5

2.国内外的研究进展 6

3.数据与方法 7

3.1数据来源 7

3.2分析方法 9

4.结果与分析 10

4.1地表反照率的空间分布 10

4.2 地表反照率的时间变化 11

4.3 不同季节地表反照率的变化 15

4.4 不同区域的地表反照率 22

5.小结 25

参考文献 26

致谢 28

基于MODIS数据分析2002-2004年青藏高原地表反照率分布特征

王雨轩

，China

Abstract：This paper uses the MODIS surface albedo data of MCD43B3 during 2002-2004 to study the spatial distribution of the Tibet Plateau’s surface albedo and the change of surface albedo of the west ,the central and the east of Tibet Plateau over time. In addition, Tibet Plateau’s surface albedo of 4 seasons is also preliminarily analyzed .Results show that distribution of Tibet Plateau’s surface albedo in space has an obvious regional difference: surface albedo in the east of Tibet Plateau is 0.4-0.7 and 0.1-0.4 in the west. Annual change of surface albedo in the east and the west of Tibet Plateau is small but in the central is big. Daily change of surface albedo in the east the central and the west of Tibet Plateau is similar: surface albedo increases in winter and spring and decreases in summer and fall. Surface albedo of Tibet Plateau has a big difference in 4 seasons: winter and spring’s surface albedo is the largest, followed by autumn’s surface albedo, and the summer’s is minimum in 4 seasons.

Key words: Tibet Plateau；surface albedo；MODIS data of MCD43B3

1.引言

1.1青藏高原概况

青藏高原是中国面积最大的高原。它的总面积大约有320万平方千米。青藏高原作为我国平均海拔最高的高原^[1]，同时也是全球平均海拔最高的高原。它的平均海拔在4000-5000米。另外，青藏高原也是亚欧板块十分重要的水流区。青藏高原向占全球人口四分之一的亚洲地区给予了充足的生活用水和工业用水。作为中低纬度区域大气动力调整的重要地域，青藏高原冬季冰雪面积的增大，会大大减弱高原调节气候的作用，从而增大了下游区域大面积降水的发生概率。

青藏高原在全世界气候变化中发挥着不可替代的作用，它的平衡调节系统对全世界大气流动的影响十分巨大^[2]。青藏高原庞大的热力效应，也能够不断地影响亚洲地区的气象变化和海上季风的发展过程等 ^[3-6]。青藏高原区域生态庞杂，其独特的生物圈和大气圈等圈层彼此间的交互影响，不仅对青藏高原及其四周地域的生态环境有着巨大影响，而且对北半球乃至全世界的大气运动和气候变化等都有着深远的影响。

1.2地表反照率的影响

地表反照率是研究辐射传输的重要物理参数，它的定义是下垫面对射入的太阳光进行反射时，其反射的辐射与入射的辐射之比。其中，下垫面对某一波长在一定方向上所反射的辐射通量与射入的辐射通量之比，则定义为地表反射率。所以，对地表反射率在全部入射方向求积分就可以得到地表反照率。地表反照率作为表征地面辐射场的关键因子之一，已经被广泛地应用在全球环境变化和天气预测等领域。作为地气系统的不确定因素，在不同的地表类型环境下,地表反照率也是不一样的，尤其是地面上有冰雪时，地表反照率的变化十分巨大。同时，地表反照率作为表征地表特征的物理参数，能够在很大程度上影响最后的探测精确度^[7-8]。除此之外，地表反照率在地表能量平衡以及大气辐射等研究领域意义十分重大^[9]。

目前，获取地表反照率的方法主要为试验测量和卫星遥感反演。试验观测主要用向上短波辐射值与向下短波辐射值之比得到。而卫星遥感是指在一定间距之外，不直接地和被测对象或物理现象接触，而是利用专门的探测器来收取目标物所发射的电磁波，并对获取到的目标物电磁波所携带的消息进行分解和加工的一种手法。利用卫星在各个角度进行遥感数据测量则称为卫星遥感。通过卫星遥感能搜集到各类地面目标物的特征和物理信息。并且，卫星遥感的方式能够高效便捷地获得大片范围的地表短波反照率^[10]，因而卫星遥感在天气预测，气候变化等领域的研究中起着重要的作用。地表反照率数据已经被广泛地应用在气候变化分析等的研究领域中^[11-15]。

然而，当前的研究主要集中在青藏高原地区地表反照率的反演，通过计算卫星遥感数据来分析青藏高原地表反照率空间特性的研究则相对较少。本文从卫星遥感的角度出发，利用卫星TERRA和AQUA上携带的MODIS探测器获取的地表反照率数据，对2002年-2004年青藏高原的地表反照率的空间分布特性做出初步分析。

2.国内外的研究进展

早期，地表反照率的获取主要是通过气象站点观测的辐射值来换算。该方法耗时耗力，时空分辨率低，站点分布不均匀，难以满足研究的要求。

20世纪60年代气象卫星遥感技术以其宏观、快速、周期性、多尺度、多层次、多谱段、多时相等优势，在地表反照率动态监测中发挥着重要作用，它能以一种比较高的时空分辨率对全球的地表反照率进行反复观测，在气象情报不足、气候条件恶劣的山区和牧区，是监测青藏高原地表反照率的最主要手段。

  王鸽等^[16]利用1982-2000年期间的AVHRR窄波段反射率数据进行反演，获得了青藏高原的月平均地表反照率数据。梁学伟等^[17]将风云卫星的MERSI数据和MODIS的地表反照率MCD43数据联合使用，反演青藏高原的地表反照率，从而极大的提高了地表反照率的连续性和准确性。王开存等^[18]对卫星辐射进行大气订正，再利用多角度的云检测资料，得到黑空反射率和白空反射率，反演出中国地区的年平均地表反照率。然后利用自动气象站的观测数据对MODIS地表反照率产品进行验证。王艺等^[19]采用了MODIS的地表反照率数据MCD43C3来分析2000-2009年见的中国地表反照率的空间分布，还得出了中国地区地表反照率随年份，季节的变化图。买买提艾力·买买提依明等^[20]利用塔克拉玛干沙漠地面观测数据，分析了该地区地表反照率的年变化和季节变化。

此外，周广胜等^[21]利用位于内蒙古荒漠草原的野外观测站的观测仪器所获取的2008年的地表反射辐射和太阳总辐射，求出地表反射率。然后画折线图分析了2008年全年内蒙古荒漠草原的地表反照率的日变化，月变化和季节变化。与之相似，冯超等^[22]也是利用2006-2007年全年的地表观测数据，初步分析了青海省格多牧委会草场的地表反照率，土壤含水量，大气透过率及降水量月份的变化。

3.数据与方法

3.1数据来源

卫星TERRA和卫星AQUA的地表反射率产品是MCD43。其反演周期为八天，每个合成周期的时长是十六天。具体的MCD43产品系列见表2。MCD43系列地表反照率产品是利用半经验反演地表反照率的方法。它采用核驱动的BRDF模型来计算地表BRDF参数。MCD43数据采用正弦投影方式。该投影方式将地球在水平方向分为三十六块，编号从H0到H35，垂直方向分为十八块，编号从V0到V17，具体如图1所示。

本文数据采用1000m分辨率的地表反射率产品MCD43B3，所有数据均通过LAADS Web网站下载得到，并采用HDF格式存储。MCD43B3经过大气校正和云检测，能比较准确的表征地表反照率。本文的研究区域为青藏高原，其地理位置为东经78-103,北纬27-39。把东经78-103等分，从而将青藏高原分为西部（东经78-87），中部（东经87-95）和东部（东经95-103）。在正弦投影下，青藏高原分布在五个区域上，他们的编号分别为、、、和，如图2所示。

表2 MODIS地表反照率产品MCD43

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