[发明专利]基于多源遥感与能量平衡模型造林响应地表温度的方法

说明书

本发明公开了一种基于多源遥感与能量平衡模型造林响应地表温度的方法，包括以下步骤：1)收集可用的遥感数据、气候数据，以及土地覆盖数据；2)利用空间分析的方法生成高效分辨率的未变化人工林、天然林以及开阔地的时空分布图；3)将收集到的数据进行尺度转换与匹配，统一分辨率，并基于格网采样尺度的移动窗口空间采样法进行造林的时空变化模拟及相关参数的变化分析；4)构建地表能量平衡方程与内在生物物理理论集成的造林响应地表温度辨别的模型。本申请集成多源遥感数据、气候数据和能量平衡模型评估造林的区域温度响应机制，使得响应温度变化的模型更为全面与可靠，为合理造林的经营举措的实施提供重要科学评价依据。

技术领域

本发明属于森林变化响应温度效应模型技术领域，具体涉及一种基于多源遥感与能量平衡模型造林响应地表温度的方法。

背景技术

如何精确地量化造林时空分布的生物物理机制响应区域温度变化有助于了解森林变化的气候调控作用。传统的基于土地利用变化和野外观测的统计方法通常被用于探测森林响应温度变化。然而由于气象站或者野外布设站点分布较为稀疏，不能准确地定位森林覆盖动态位置的温度时空变化规律。其作为一种最具说服力的方法，特别适用于小区域，但其缺少机理分析。气候模式已被广泛应用于造林的生物物理反馈机制对于气候影响的研究，但全球气候模式更适合于大尺度的研究，因为气候模型的输入数据存在空间分辨率较粗，以及气候模型结构、物理过程和参数设定的差异，不能以能量变化解释的温度响应，会给模型的结果带来很多不确定性。区域气候模式对局地尺度有更好的适应性，但区域模式未能充分认识森林变化的内在地表生物物理效应和大气反馈对地表温度变化的贡献。以遥感观测为基础的研究已经成功的将森林覆盖数据与陆地表面产品结合，实现监测不同尺度的温度变化。将原有的点尺度监测扩展到了更为广阔的时空尺度。另外，基于空间分析与比对的遥感观测与气候模型模拟的结果存在较大差异。无论采用哪种方法，人们逐渐关注其物理机制如何以能量收支和能量平衡解释，以及这些关键生物物理参数和气候参数如何通过遥感手段获取并应用。

基于MODIS陆表数据结合简单建模或者经验数据分析方法是分析省级及以上尺度森林与气候关联采取的主要手段。MODIS数据及其衍生的地面产品种类丰富且全面，有较一致与连续的时空分辨率。但是MODIS土地覆盖产品在区域尺度因精度较低不能很好地反映真实的地表覆盖类型，特别是在具有异质性土地覆被的地区。基于Landsat或者多源数据结合的产品已用于量化森林变化的地表温度变化。但是方法中关于造林时的地表状况改变及其区域与局地反照率辐射反馈、能量再分配等生物物理能量平衡机制以及气候反馈是如何变化的还有待评估。总之，一方面中高分辨率造林数据的有限可用性一直阻碍着对温度变化影响的精准量化，另一方面还不清楚究竟具体哪些生物物理因素导致了区域温度的变化。

常规的观测方法无法实现造林及其区域温度变化响应的时空尺度扩展，一是缺乏精确的地表变化时空信息，二是响应温度变化的观测手段和方法的单一性，比如仅使用遥感数据结合一些空间统计分析量化手段，忽略了很多地表能量平衡的关键参数以及内在的生物物理机制过程对于地面温度的作用，即使使用了一些站点数据结合地表能量平衡模型进行森林响应温度变化的分析，但是站点数据的有限覆盖度以及不能与森林变化的分布很好的契合，这都阻碍了省级以及更高尺度范围内的动态监测与响应。依据现存的很多气候模型与模式用于森林响应温度变化，其中全球气候模式在局地应用中局限性较多，其分辨率太粗不适于局地的估测；区域气候模式需要调整很多参数才能本地化，单独使用这些方法，都凸显出了各自的不足之处，因而很难在局地尺度充分发挥各种观测手段与方法的特色之处。粗分辨率的MODIS土地覆盖数据因数据分辨率低，通常被用于大尺度的研究，对于小区域尺度发生的森林变化无法准确定位。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多源遥感与能量平衡模型造林响应地表温度的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

基于多源遥感与能量平衡模型造林响应地表温度的方法，包括以下步骤：