设计评价两种混合土壤湿度产品在中国区的表现开题报告

 2023-10-25 10:45:22

1. 研究目的与意义

研究背景:

土壤湿度表示土壤中的水分含量。当其用土壤体积含水量,通常用容积百分数表示,是指土壤水的容积占土壤容积的百分数,它表明土壤水填充土壤孔隙的程度,也可以直接使用体积比表示。地表土壤湿度是地表和大气能量交换过程中的重要因子,同时也是地表生态系统水循环的重要组成部分,因此,受到水文、气象、土壤、生态等多学科的关注。作为地表生态系统水循环的重要组成部分,土壤湿度是植物生长发育的基本条件,也是进行旱情监测、农作物估产等的一个重要指标,能及时掌握土壤含水量情况,了解土地干湿情况,为区域干旱监测评估以及流域水循环等研究提供依据,在改善区域及全球气候研究意义重大。传统监测土壤湿度的方法包括现场测量和卫星遥感技术两种,其中现场测量主要是人工到研究场地实地采样分析来监测土壤湿度后者安置自动监测站。它的缺点是只有测试点的数据,以此来代替测试区域的土壤湿度状况,如果监测区域较大,则会浪费大量的人力物力。随着航空航天卫星技术的发展,利用遥感来监测土壤湿度越来越受到广大学者的重视。当前,国际和国内已经在轨部署了许多的对地遥感卫星,光学、微波、SAR等传感器提供了不同地表土壤湿度产品。但单个卫星产品的时空分辨率和空间覆盖总是受到传感器本身、轨道和卫星数量的限制,难以提供大范围、长时序高时空分辨率的地表土壤湿度产品。

CCI(ClimateChange Initiative)和SMOPS(SoilMoisture Operational Products System)是当前仅有的两种的混合土壤湿度产品,用于在全球范围内提供高时空覆盖的地表土壤湿度产品。CCI是欧洲气象卫星局(ESA)推出的一个项目,旨在利用遥感技术监测气候变化的影响。SMOPS是美国国家海洋和大气管理局(NOAA)推出的一个项目,旨在提供高分辨率土壤湿度产品。这两个项目都基于卫星遥感技术,通过对土壤表面反射率的监测,反演出土壤湿度信息。其中,CCI主要使用的是微波辐射计和扫描成像仪等传感器,而SMOPS主要使用的是微波辐射计和合成孔径雷达等传感器。这些传感器能够探测土壤表面的微波辐射,从而推算出土壤湿度。最后通过项目设计选定的传感器,采用统一的反演和融合方法获得发布混合的土壤湿度产品,较单一的遥感传感器提供的产品,混合产品具有更高的时空分辨率,并且有望提供高精度和高可靠性的产品。CCI和SMOPS提供的土壤湿度产品具有高空间分辨率和高时间分辨率的特点,能够实时地监测土壤湿度的变化情况。这些产品可以用于农业生产、水资源管理、灾害预警等领域,对提高土壤水分利用效率、减少水资源浪费、预防自然灾害等方面有着重要的作用。

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2. 研究内容和预期目标

本课题通过python语言及其地理空间处理库获取设计所需的地表土壤湿度产品。设计评价方法和策略。确定评价刻画量以及评价维度。通过实验验证与设计评价当前CCI和SMOPS两种土壤湿度模型的产品质量,为行业的应用提供参考。

预期目标:

(1)全面了解CCI和SMOPS土壤湿度数据,完成数据的搜集准备工作,了解相关的评价方法和研究实验,完成文献综述。

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3. 研究的方法与步骤

步骤:

(1)收集和处理中国选定研究区域的CCI和SMOPS土壤湿度数据。收集其他相关数据集,如地面网络的原位土壤湿度测量数据,其他土壤湿度产品,中国区、气候地理特征划分边界数据。

(2)对CCI和SMOPS土壤湿度数据进行处理和分析,包括数据清洗、插值和比较分析。将土壤湿度数据与地面网络和其他卫星产品的原位土壤湿度测量进行分别比较,以评估两组土壤湿度产品在中国的准确性及其时空特征变化差异。使用遥感和地理空间分析软件创建显示分析结果的地图和图表。

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4. 参考文献

4.本课题主要参考文献

[1]金令,王永芳,郭恩亮,那仁满都拉,顾锡羚,康尧.ERA5、GLDAS和FLDAS土壤湿度数据在内蒙古地区的适用性评价[J/OL].节水灌溉:1-16[2023-03-07]

[2]刘维成,徐丽丽,朱姜韬,段伯隆,孙义,郑涛.再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估[J].大气科学学报,2022,45(04)

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5. 计划与进度安排

(1)研究工作准备阶段(2024.3.10——2024.3.31)

2024.3.10——2024.3.20准备阶段,包括查阅资料、阅读文献和收集数据等;

2024.3.21——2024.3.31开题阶段,主要工作是撰写开题报告,细化设计

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