中山大学测绘科学与技术学院环境遥感团队王天星教授等在地表短波净辐射遥感估算方面取得新进展

问题的提出

 地表短波净辐射（SWNR）在地表辐射平衡中起着重要作用，是地表与大气物质交换的主要驱动力，控制着大气与陆地/海洋表面之间的总能量交换，在全球变化、水循环、能量平衡等研究中具有重要意义。当前，多数短波净辐射算法忽略了气溶胶和高程对短波净辐射的影响，特别是在吸收型气溶胶情况下，传统算法精度差异明显。然而，由于多种因素的影响， 目前准确区分不同地区的气溶胶成分、类型仍然面临较大困难，因此，如何综合考虑高程、气溶胶等因素对净辐射的影响，高精度估算地表短波净辐射仍然具有较大挑战性。

模型与结果

 在传统参数化算法基础上，研究充分考虑气溶胶类型、太阳天顶角和高程变化提出了一种改进的全天候地表短波净辐射参数化模型，旨在解决已有方法在城市气溶胶类型下高估、高海拔地区低估以及不适用于大太阳天顶角条件的问题。

 该算法首先根据大气和地表参数（太阳天顶角、气溶胶光学厚度、大气水汽含量和地表反照率）建立了判定城市气溶胶类型的随机森林模型，在此基础上，分段考虑高程、太阳天顶角等对净辐射的影响，分别建立对应的参数化模型。与传统算法和CERES产品相比，新算法可以有效解决已有方法在城市气溶胶类型下严重高估的问题。经分析，在各种大气条件下，新算法精度明显优于传统算法和CERES产品（图1），bias减小了30~100 W/m²不等。

 研究还对比了不同太阳天顶角条件下，不同算法估算短波净辐射的适用性（图2）。新算法有效解决了传统算法在应用到高值太阳天顶角下短波净辐射无效值过多的问题。同时，研究对新算法在全球范围内就气溶胶光学厚度、气溶胶类型、高程等影响进行了详细分析（图3），结果显示，由于气溶胶和高程的影响，已有算法和CERES净辐射产品在城市气溶胶地区（A、B和C）存在明显高估，并在高海波地区（D）存在明显低估，相比之下，新算法估算的短波净辐射有效解决了上述问题。

贡献与结论

 研究在传统算法的基础上，充分考虑太阳天顶角、高程和不同气溶胶类型的影响，发展了一种改进的全天候参数化短波净辐射估算方法。与已有算法和CERES产品相比，该方法可以有效估计全天候条件下的短波净辐射，在瞬时和小时尺度上都有较好的精度，特别是在城市气溶胶类型以及大太阳天顶角条件下，精度仍有保障。新算法的精度和适用性，以及其区分气溶胶类型的方案，为准确估算短波净辐射提供了新参考和新思路。

 论文于2024年1月以“Surface Shortwave Net Radiation Estimation from Space: Emphasizing the Effects of Aerosol, Solar Zenith Angles, and DEM”为题发表在期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》上。中山大学测绘科学与技术学院博士研究生王高峰为文章第一作者，王天星教授（通讯作者）等为论文合作作者。该研究得到了国家自然科学基金（42371342, 42022008）和南方海洋与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设项目（311022003）的支持。

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