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雪是地表最活跃的自然要素之一,它的高反射率、低热导率以及融雪水文效应对地球能量和辐射平衡以及水循环都会产生重要的影响,是区域和全球变化的重要内容之一。东北地区是我国积雪三大集中分布区之一,积雪期长达五个月,积雪一方面可以造成雪灾,融水同时又是东北地区水系和农业耕作土壤水分来源的重要补充。对该区的积雪进行监测,了解其时空分布特征及变化规律,对于促进该区的工农业生产和生态环境保护都具有十分重要的意义。
本研究主要涉及两方面的内容,一是通过设计实验,利用光谱仪实测积雪数据,定性分析积雪反射率与积雪粒径、积雪污染物浓度之间的相关关系。二是研究整个东北地区的积雪覆盖状况。利用气象站雪情数据,验证每日积雪产品MOD10A1、八日合成积雪产品MOD10A2和MOD10C2的积雪识别精度。同时与线性光谱混合模型分解MOD09GA1地表反射率数据得到的结果进行对比分析。在此基础上,分析了积雪覆盖率与气温、高程之间的相关关系,以及土地利用对积雪识别精度的影响。也结合东北地区自然环境的实际,探讨了东北地区积雪的年内变化特征。
研究结果表明:
1.雪粒径越大,积雪的反射率越低。利用近红外波长1000nm和1350nm处的反射率与雪粒径进行拟合,R2分别为0.7462和0.7835,因此可以通过1000nm和1350nm处的反射率来估算雪粒径大小。分析污染物浓度与积雪反射率之间的关系,发现在450nm,随污染物含量增加,积雪的反射率以对数的形式减小R2为0.9127;而在1495nm,反射率随污染物含量增加以指数形式增加,R2为0.728。
2.MOD10A1产品由于受云的影响,影像的总精度较低,仅为58.9%。八日积雪产品MOD10A2,最大限度的减少了云的影响,总精度达到68.6%,但是多测误差也随之增加。而5.6km的MOD10C2产品识别精度为提高到78.2%。相比于MODIS积雪产品,对MOD09GA1数据采用线性光谱混合模型提取的积雪信息,精度提高到80.7%。
3.本文将ETM+影像采样为不同分辨率,并采用混合像元分解法提取积雪覆盖率。结果发现,随分辨率的降低,积雪的识别精度有所降低。
4.积雪覆盖与气温、高程都有很大的关系。总的来说,气温的升高或降低都会使积雪覆盖范围减少或增加。而同一时期的积雪覆盖则依赖于海拔高度,不同高程带内的积雪覆盖率差异很大。
5.文中分析了2007~2008年东北地区积雪覆盖变化,研究表明,东北地区在积雪累积期有一致的由北向南的正变化趋势,积雪主要分步在辽宁-吉林东部、吉林北部-黑龙江中南部、黑龙江北部和内蒙古根河地区。而在积雪消融期,则是从南向北开始变化。积雪覆盖持续时间最长的地方位于黑龙江东北部以及内蒙古加格达奇地区。