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机载降雪观测台:融合扫描激光雷达,成像光谱仪以及物理模型用于绘制雪水当量和雪反照率

日期: 2020-07-30
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机载降雪观测台:融合扫描激光雷达,成像光谱仪以及物理模型用于绘制雪水当量和雪反照率

雪反照率可用于估算雪崩,美国国家航空航天局机载降雪观测台将其与激光雷达联合用于测量雪深。

反照率(或“白度”)是单位时间,单位面积上各方向出射的总辐射能量与入射的总辐射能量之比,其测量范围从0(对应于吸收所有入射辐射的黑体)到1(对应于反射所有入射辐射体)。根据Wikipedia的说法“雪反照率变化很大,可以从0.9(刚落下的雪)到0.4(融化的雪)到0.2(脏雪)。南极洲平均雪反照率略高于0.8。如果积雪区域边缘变暖,雪易于融化,会降低反照率,因此积雪吸收了更多的辐射导致了更多的融雪。”

在所附的文章中“The Airborne Snow Observatory: Fusion of scanning lidar, imaging spectrometer, and physically-based modeling for mapping snow water equivalent and snow albedo”特别提到了ITRES CASI在测量雪反照率上的重要性。


【摘要】

在世界许多山区,积雪覆盖和融化主导着区域气候和水资源。山区的融雪时间和量级主要受太阳辐射的吸收和雪水当量(SWE)的分布控制,但是即使在全球仪器设备最完善的山区,对其了解和认识仍不充分。本研究中我们描述并介绍了机载降雪观测台(ASO)的结果,它耦合了成像光谱仪,扫描激光雷达以及积雪分布模型以测定积雪光谱反照率/宽波段反照率和雪深/SWE。在该区域模拟积雪密度,将雪深转化为SWE。本文介绍的结果是遥感雪反照率和雪深/SWE在量化季节性积雪中存储水量上的首次应用。为冰冻圈科学研究提供了前所未有的积雪性质和分布知识,并为未来水管理模型和系统提供空间上全面且可靠的输入。ASO提供的每周SWE值表明,山区水文科学家和资源管理者可获得的信息急剧增加。

机载降雪观测台:融合扫描激光雷达,成像光谱仪以及物理模型用于绘制雪水当量和雪反照率

彩色:ASO扫描激光雷达(Riegl Q1560);灰度:成像光谱仪(Itres CASI-1500)

机载降雪观测台:融合扫描激光雷达,成像光谱仪以及物理模型用于绘制雪水当量和雪反照率

左侧和右侧分别显示了ASO的雷达和光谱仪(CASI)管线

据美国国家航空航天局网站称:“沙漠系统温度升高会增加山区积雪的粉尘负荷,从而降低积雪反照率并加速融雪径流。了解融雪径流和时间两个最重要的特性是雪水当量(SWE)和雪反照率的时空分布。尽管其在控制径流量和时间的重要性,但在美国(甚至是全球大部分地区)积雪反照率和SWE的量化程度仍然很差,导致径流模型约束性很差。”

机载降雪观测台:融合扫描激光雷达,成像光谱仪以及物理模型用于绘制雪水当量和雪反照率

(A)雪深图;(B)雪密度图(n=180);(C)雪水当量;(D)雪反照率;

结论】

尽管我们对雪物理性质,雪水文学以及冰川学方面有了更多的理解,但到目前为止,我们量化雪空间分布的能力相对较简单。因此,径流和水可利用性的估计和预测必须依赖于根据往年观测值校正的索引关系。这些方法极易受到异常条件的影响-在记录时期内条件不佳-在日益变化的新的定量测量降雪的能力至关重要。

ASO通过高分辨率直接测量雪深,捕获了山区流域积雪空间变异性的主要来源,并结合积雪密度观测和建模,重复估算了第一个流域范围的雪水当量。ASO还量化了雪的属性中,影响融雪速率的决定因素,即雪反照率。总之,ASO方法提供了一条新的途径,可以在降雪为主的地区推进水文科学的发展,并实现下一代水资源管理的适应性。


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