主旨辞：大气水汽；数据合并；MODIS；ERA5；雅鲁藏布江
论文题目：AnimprovementinaccuracyandspatiotemporalcontinuityoftheMODISprecipitablewatervaporproductbasedonadatafusionapproach
颁发期刊：RemoteSensingofEnvironment
引言
大气水汽(又称大气可降水量，Precipitablewatervapor(PWV))是影响大气环流、辐射收支及水文进程的关键变量，江河源区的大气水汽含量对该区域及下游的水文能量进程均有要害影响。GPS台站能够经过测算记号在卫星和接受器间的推迟反演大气水汽含量，该办法反演的水汽数据时光分辩率高(比如每小时)且精度较高，通罕用于水汽产物的考证，但难以获得水汽含量的大界限空间散布。卫星遥感使得加紧猎取大界限、高空间分辩率的水汽含量成为或许，此中基于近红外算法的MODIS大气水汽产物(MOD05)可供给寰球1km空间分辩率的水汽预算，但是近红外算法在非晴空前提下反演的水汽了局虚浮定性较大。另外，再解析数据集可供给时空延续的水汽数据，但其空间分辩率相对较低(如31km左右)，在猎打水汽空间变动细节等方面还存在不够。
为管理上述题目，清华大学水利系遥感水文与水资本团队李雪莹博士生和龙笛钻研员合并MODIS遥感视察及ERA5再解析数据集，生成雅鲁藏布江流域高精度、高时空分辩率(0.01°，逐日)实时空延续的大气水汽数据，钻研成就近期以AnimprovementinaccuracyandspatiotemporalcontinuityoftheMODISprecipitablewatervaporproductbasedonadatafusionapproach为题颁发在遥感领域顶级期刊RemoteSensingofEnvironment。
01
概括
本钻研合并MODIS遥感视察及ERA5再解析数据集，晋升了现有MODIS水汽产物的精度和时空延续性，生成了雅鲁藏布江?年季风期时段高精度、高时空分辩率(0.01°，逐日)实时空延续的大气水汽数据，并充足商议了融划算法的优瑕玷。
了局说明：(1)相比九个GPS台站的水汽反演了局，合并水汽数据的精度较MODIS水汽产物有显然升高；(2)高空间分辩率的合并水汽数据在网格和流域法式上空间散布均正当，有益于钻研水汽含量的空间细节；(3)基于合并水汽数据，雅江?年季风期平衡水汽含量在年最低(9.7mm)，年最高(10.4mm)，流域内水汽含量的高值要紧沿雅江河谷散布。本钻研的办法可运用于其余钻研区，在雅江的水汽钻研了局对于探究该流域及下游的地表能量均衡、海洋?大气水文进程耦合、地面云水资本开垦欺诈等具备参考价格。
02
钻研区简介
雅鲁藏布江是亚洲要害的跨境河道，发祥于喜马拉雅山脉北麓的杰马央宗冰川，自西向东横贯青藏高原南部。以奴下水文站为出口断面，雅鲁藏布江流域平衡海拔约4,米，流域内冰川面积占比约1.6%，要紧受夏日印度季风及冬日西风带的影响。钻研说明比年来青藏高原东南部履历变暖变湿的进程，或许会对该流域的水文进程有所影响。雅鲁藏布江流域及领域国有九个GPS台站可供给水汽含量的考证数据(图1)。
图1钻研区地舆地位
03
钻研办法
本文中以晴空前提下MODIS水汽预算值为高分辩率数据(空间分辩率1km)，时空延续的ERA5水汽产物为低分辩率数据(空间分辩率0.25°)，利历时空融划算法(示用意如图2)停止高、低分辩率数据合并。该算法思虑各个像元的空间权重实时光权重，请求输入数据空间完备以欺诈彷佛像元讯息。由于流域法式上MODIS产物难以供给空间完备的水汽散布，本钻研提议以0.25°为合并单位(与低分辩率产物的空间分辩率坚持一致)停止数据合并。另外，本钻研基于ERA5水汽预算，对合并获得的水汽了局停止线性校对以移除系统差池。本钻研的详细过程如图3所示。
图2时空融划算法示用意，此中tp为待推断时日，tm，tn离别为带推断时日的前、后时日，F代表高分辩率数据，C代表低分辩率数据。本图中橙色符号的像元为彷佛像元示例。
图3由MODIS及ERA5水汽产物生成合并了局的过程图
04
钻研了局
4.1站点法式遥感视察(MODIS)、再解析材料(ERA5)及合并水汽产物的精度及空间散布相比
钻研说明：相比九个GPS台站反演的水汽含量，ERA5水汽产物的精度较高(相相干数r=0.94?0.97，均方根过失RMSE=1.1?2.0mm，Kling-GuptaEfficiency评价目标KGE=0.76?0.93)；MODIS水汽产物精度较差(r=0.34?0.56，RMSE=3.9?5.5mm，KGE=0.23?0.53)；若仅保存彻底晴空前提下MODIS水汽预算，能够升高其与大地考证数据的干系性(r=0.85?0.93)，然则会浮现系统性高估(RMSE=1.9?7.1mm)；合并水汽产物的精度显然高于MODIS，与ERA5产物的精度相当(r=0.87?0.97，RMSE=1.1?2.0mm，KGE=0.76?0.92)。
相比以GPS站点为中间的0.25°合并单位内各产物的水汽空间散布(图4)：ERA5水汽产物没法响应散布细节；高空间分辩率的MODIS水汽产物会浮现对照显然的噪声(比如极低值)；若仅保存彻底晴空前提下MODIS水汽预算，噪声值根基被去除，但是没法获得完备的空间散布；合并产物不光分辩率高，空间完备，况且具备正当的空间散布(可参考相比合并产物和彻底晴空前提下MODIS水汽产物的空间散布)。
图4以各站点为中间的0.25°合并单位内各产物的水汽空间散布，包含ERA5(第一行)，MODIS(第二行)，彻底晴空前提下MODIS(第三行)及合并(第四行)水汽产物。本图选取各站点蒲月份，彻底晴空比例~50%的日期做为示例，站点称号及相比日期展现在每一列最上方。
4.2流域法式遥感视察(MODIS)、再解析材料(ERA5)及合并水汽产物的空间散布相比
钻研说明(图5)：流域法式上，ERA5水汽产物仅能展现水汽含量由东到系递减的趋向，没法解析流域内的细节讯息；高空间分辩率的MODIS水汽产物在会浮现水汽空间散布过渡不腻滑的形势，噪说显然；若仅保存彻底晴空前提下MODIS水汽预算，会浮现大批的缺值，影响水汽变动的空间解析；合并产物空间完备延续，能够响应流域内水汽散布的细节(比如沿雅江河谷水汽含量较高)，且有用地改革了原始MODIS产物的噪声形势。
图5雅鲁藏布江流域季风期(5?9月，第一行至第五行)各产物的水汽含量空间散布图，包含ERA5(第一列)，MODIS(第二列)，彻底晴空前提下MODIS(第三列)，合并(第四列)水汽产物。本图筛选每个月彻底晴空比例最高的日期做为示例，详细日期展现在最左端。
4.3基于合并产物的水汽含量预算
钻研说明：雅鲁藏布江流域?季风期时段内年平衡水汽含量为10.1mm，变动界限为9.7mm()至10.4mm()。季风期各月水汽含量的空间散布较为彷佛，高值要紧沿雅江河谷散布。
图6雅鲁藏布江流域年平衡、多年代平衡及日平衡水汽含质变动
图7雅鲁藏布江流域月平衡水汽含量(5?9月，May?Sep)及全部季风期平衡水汽含量(Mean)的空间散布
05
归纳
本钻研合并MODIS遥感视察及ERA5再解析数据集，晋升了现有MODIS水汽产物的精度和时空延续性，临盆了雅鲁藏布江上游高精度、高时空分辩率(0.01°，逐日)实时空延续的大气水汽数据，本钻研的办法可运用于其余钻研区，在雅江上游的水汽钻研了局对于探究该流域及下游的地表能量均衡、海洋?大气水文进程耦合、地面云水资本开垦欺诈等有要害启迪。
报答“十三五”国度中心研发筹划课题(YFC)和国度天然科学基金(，)等项目对本钻研的赞成，报答清华大学阳坤教员团队供给GPS台站水汽反演了局。对于本钻研的详细办法及商议可点击“浏览原文”停止观察。
文件引用：Li,X.,Long,D.().AnimprovementinaccuracyandspatiotemporalcontinuityoftheMODISprecipitablewatervaporproductbasedonadatafusionapproach.RemoteSensingofEnvironment
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