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機(jī)載降雪觀測臺:融合掃描激光雷達(dá),成像光譜儀以及物理模型用于繪制雪水當(dāng)量和雪反照率

日期: 2020-07-30
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機(jī)載降雪觀測臺:融合掃描激光雷達(dá),成像光譜儀以及物理模型用于繪制雪水當(dāng)量和雪反照率

雪反照率可用于估算雪崩,美國國家航空航天局機(jī)載降雪觀測臺將其與激光雷達(dá)聯(lián)合用于測量雪深。

反照率(或“白度”)是單位時間,單位面積上各方向出射的總輻射能量與入射的總輻射能量之比,其測量范圍從0(對應(yīng)于吸收所有入射輻射的黑體)到1(對應(yīng)于反射所有入射輻射體)。根據(jù)Wikipedia的說法“雪反照率變化很大,可以從0.9(剛落下的雪)到0.4(融化的雪)到0.2(臟雪)。南極洲平均雪反照率略高于0.8。如果積雪區(qū)域邊緣變暖,雪易于融化,會降低反照率,因此積雪吸收了更多的輻射導(dǎo)致了更多的融雪?!?/p>

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”特別提到了ITRES CASI在測量雪反照率上的重要性。


【摘要】

在世界許多山區(qū),積雪覆蓋和融化主導(dǎo)著區(qū)域氣候和水資源。山區(qū)的融雪時間和量級主要受太陽輻射的吸收和雪水當(dāng)量(SWE)的分布控制,但是即使在全球儀器設(shè)備最完善的山區(qū),對其了解和認(rèn)識仍不充分。本研究中我們描述并介紹了機(jī)載降雪觀測臺(ASO)的結(jié)果,它耦合了成像光譜儀,掃描激光雷達(dá)以及積雪分布模型以測定積雪光譜反照率/寬波段反照率和雪深/SWE。在該區(qū)域模擬積雪密度,將雪深轉(zhuǎn)化為SWE。本文介紹的結(jié)果是遙感雪反照率和雪深/SWE在量化季節(jié)性積雪中存儲水量上的首次應(yīng)用。為冰凍圈科學(xué)研究提供了前所未有的積雪性質(zhì)和分布知識,并為未來水管理模型和系統(tǒng)提供空間上全面且可靠的輸入。ASO提供的每周SWE值表明,山區(qū)水文科學(xué)家和資源管理者可獲得的信息急劇增加。

機(jī)載降雪觀測臺:融合掃描激光雷達(dá),成像光譜儀以及物理模型用于繪制雪水當(dāng)量和雪反照率

彩色:ASO掃描激光雷達(dá)(Riegl Q1560);灰度:成像光譜儀(Itres CASI-1500)

機(jī)載降雪觀測臺:融合掃描激光雷達(dá),成像光譜儀以及物理模型用于繪制雪水當(dāng)量和雪反照率

左側(cè)和右側(cè)分別顯示了ASO的雷達(dá)和光譜儀(CASI)管線

據(jù)美國國家航空航天局網(wǎng)站稱:“沙漠系統(tǒng)溫度升高會增加山區(qū)積雪的粉塵負(fù)荷,從而降低積雪反照率并加速融雪徑流。了解融雪徑流和時間兩個最重要的特性是雪水當(dāng)量(SWE)和雪反照率的時空分布。盡管其在控制徑流量和時間的重要性,但在美國(甚至是全球大部分地區(qū))積雪反照率和SWE的量化程度仍然很差,導(dǎo)致徑流模型約束性很差?!?/p>

機(jī)載降雪觀測臺:融合掃描激光雷達(dá),成像光譜儀以及物理模型用于繪制雪水當(dāng)量和雪反照率

(A)雪深圖;(B)雪密度圖(n=180);(C)雪水當(dāng)量;(D)雪反照率;

結(jié)論】

盡管我們對雪物理性質(zhì),雪水文學(xué)以及冰川學(xué)方面有了更多的理解,但到目前為止,我們量化雪空間分布的能力相對較簡單。因此,徑流和水可利用性的估計和預(yù)測必須依賴于根據(jù)往年觀測值校正的索引關(guān)系。這些方法極易受到異常條件的影響-在記錄時期內(nèi)條件不佳-在日益變化的新的定量測量降雪的能力至關(guān)重要。

ASO通過高分辨率直接測量雪深,捕獲了山區(qū)流域積雪空間變異性的主要來源,并結(jié)合積雪密度觀測和建模,重復(fù)估算了第一個流域范圍的雪水當(dāng)量。ASO還量化了雪的屬性中,影響融雪速率的決定因素,即雪反照率??傊珹SO方法提供了一條新的途徑,可以在降雪為主的地區(qū)推進(jìn)水文科學(xué)的發(fā)展,并實(shí)現(xiàn)下一代水資源管理的適應(yīng)性。


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