积雪作为气候变化的敏感指标,长期积雪数据是开展气候研究不可或缺的基础。目前的积雪范围数据集虽然具有良好的质量和较高的时空分辨率,但是时间跨度较短。本研究使用AVHRR表面反射率数据、Landsat-5TM数据,结合地面雪深观测数据、中国长期日积雪深度数据集、地表温度和DEM等数据源,采用改进的云检测算法、多级积雪判别算法与间隙填补策略,构建了覆盖三江源区域1980–2020年逐日5 km空间分辨率的积雪覆盖范围产品,并通过验证发现,与现有AVHRR积雪范围产品(如JASMES AVHRR产品)相比,本产品的总体精度显著提高约15%,漏分误差从60.8%降至19.7%,错分误差从31.9%降至21.3%,且CK值提升超过114%。该数据可为三江源区域雪盖动态监测及气候变化研究提供数据支持。
采集时间 | 1/01/01 - 1/01/01 |
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采集地点 | 三江源 |
数据量 | 248.3 MiB |
数据格式 | *.tif |
数据空间分辨率(/米) | 5km |
数据时间分辨率 | 日 |
坐标系 | WGS84 |
AVHRR表面反射率第4版(AVHRR SR V4)是由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布的气候数据记录(CDR)产品。该产品基于 NOAA 极轨气象卫星的高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)传感器数据生成,时间覆盖1981-2019年,时间分辨率为逐日,空间分辨率为5 km,经过辐射定标、大气校正和云检测等处理,为生成长期雪盖产品提供基础数据。Landsat-5 TM是由美国地质调查局(USGS)和美国国家航空航天局(NASA)联合运营的陆地卫星(Landsat-5)上搭载的主题制图仪传感器获取的数据,时间分辨率为16 d,空间分辨率为30 m,时间范围为1984-2013年。ERA5-Land地表温度(LST)数据来自欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5-Land再分析数据集(Muñoz Sabater, 2019)。该数据集提供了1981年至今的连续全球覆盖,空间分辨率为0.1°。DEM数据来自NASA航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM),空间分辨率为90 m。以上数据通过Google Earth Engine(GEE)云计算平台获取使用。地面雪深观测数据由中国气象局(CMA)全国气象观测站网提供,选取191个气象站点1981-2019年的数据用于验证产品。中国长期日积雪深度数据集由Che et al. (2008)和Dai et al. (2015)基于多颗卫星无源微波传感器的观测数据开发,通过传感器间校准技术处理。该数据集时间跨度为1979年至2020年,空间分辨率为0.25°,每日提供中国区域的积雪深度信息。数据集可通过国家青藏高原科学数据中心获取(https://doi.org/10.11888/Geogra.tpdc.270194),在本研究中被用作空白填充的补充策略。
(1)使用AVHRR SR V4自带的质量控制位标志筛选有效观测值,仅保留所有波段均有效的像元用于雪盖提取,无效像元标记为缺失值。
(2)基于Hori等人(2017)的方案,利用Landsat-5 TM数据作为真值,重点优化了BT37-BT11的阈值。
(3)基于Landsat-5 TM真值数据,提取雪区/非雪区的AVHRR多光谱特征(SR1、BT11、SR3/SR2及NDVI、NDSI),采用三级决策树算法确定最优阈值组合。
(4)将中国长期日积雪深度数据集、地表温度 (LST)、数字高程模型 (DEM)重新采样或聚合为5 km,与AVHRR的分辨率相匹配,针对初步记录中由于云或无效观测造成的空缺区域,采用一系列间隙填补技术进行填补,包括基于隐马尔可夫随机场(HMRF)的插值和雪深插值。结合地表温度和数字高程模型(DEM)进行后处理,以剔除错误识别的积雪区域。
(1)使用混淆矩阵以及四种准确率指标包括总体精度(OA)、生产者精度(PA)、用户精度(UA)和Kappa 系数来评估本产品,OA范围在80%–90%之间,PA和UA范围在70%–90%,CK值范围为0.61至0.8。
(2)使用38年的CMA地面积雪深度测量191个站点验证本产品,大多气象站OA较高,普遍在80%–90%之间,但 PA、UA和CK的值较低。
(3)使用9张Landsat-5积雪覆盖面积图来进一步评估本产品,OA高达87.3%,UA较高和PA较低表明该产品在一定程度上存在低估积雪覆盖范围的倾向,Kappa值为0.695,这一数值也接近地面观测验证的kappa值(0.717)。
因此,无论是从“点”的角度(地面观测)还是“面”的角度(Landsat-5 SCE图)来看,本产品的精度都是可靠的。总体而言,本产品在气候及相关研究中具有良好的应用前景。
# | 编号 | 名称 | 类型 |
1 | 2023YFC3206300 | 冰冻圈要素演变及其对长江和黄河水资源的影响与应对 | 国家重点研发计划 |
# | 标题 | 文件大小 |
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1 | swe_sjy |
# | 时间 | 姓名 | 用途 |
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1 | 2025/04/13 18:17 | bin****** li |
论文题目:长江源区积雪变化趋势及成因分析
数据在研究中的作用:基础支撑
论文类型:应用型
导师姓名:陈炼钢
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2 | 2025/04/12 20:30 | ji*****hui |
论文题目:融雪模型构建及其演变对黄河源区径流的影响(暂定)
数据在研究中的作用:作为验证融雪模型模拟效果的指标
论文类型:博士论文
导师姓名:黄跃飞
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