卫星气候数据集的应用研究与发展分析
作者简介:唐世浩(1971-),男,研究员,博士,研究方向为定量遥感产品反演与应用。E-mail: tangsh@cma.gov.cn
收稿日期: 2015-04-23
要求修回日期: 2015-05-26
网络出版日期: 2015-11-10
基金资助
气象行业科研专项(GYHY201106014、GYHY201406001)
Research Progress of Satellite-based Climate Dataset
Received date: 2015-04-23
Request revised date: 2015-05-26
Online published: 2015-11-10
Copyright
卫星气候数据集是卫星气候研究的基础。在规范卫星气候数据集基本概念的基础上,针对现有基本气候数据集(FCDR)和专题气候数据集(TCDR)的分类方式,无法反映卫星气候数据特点的问题,认为应将专题气候数据集进一步划分为单一遥感仪器专题气候数据集、多种遥感仪器融合专题气候数据集及卫星与多源资料融合专题气候数据集等几类。这种分类方法便于用户更好地了解和使用卫星气候数据。然后,重点围绕基本气候变量和基本卫星气候变量含义、卫星气候数据集生产规范、国内外主要卫星气候数据生产计划等方面,综述了卫星气候数据集建设及规范化生产已取得的最新研究进展。在此基础上,分析了卫星气候数据集建设和应用中存在的主要问题,展望了卫星气候数据集发展,同时对我国卫星气候数据集建设提出具体建议。
唐世浩 , 刘荣高 . 卫星气候数据集的应用研究与发展分析[J]. 地球信息科学学报, 2015 , 17(11) : 1278 -1285 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2015.01278
Climate dataset is the basis of satellite-based climate research. This paper formalizes some basic concepts of satellite data from the view of climate study first. On that basis, the classification problem of Climate Data Records(CDR) is discussed. The authors proposed that current classification method, which classifies CDR into two categories, FCDR(Fundamental Climate Data Record)and TCDR(Thematic Climate Data Record), is not enough to reflect the characteristics of remote sensing dataset. It‘s necessary to further classify TCDR into three categories, including dataset generated from single instrument, dataset generated from multiple instruments, and dataset generated from multiple sources. The advantage of this classification scheme is that it’s helpful to discriminate climate datasets which have the same name but generated from different data sources or by different algorithms. In this manner, users can understand and utilize the data more easily and correctly. Then, this paper introduces Essential Climate Variables (ECV), essential satellite-based climate variables and the guideline for the generation of satellite-based climate datasets respectively, and reviews the recent progresses made by NOAA, NASA, ESA and other international remote sensing organizations. The author especially emphasized that some guidelines and principles for the generation of satellite-based climate data records have been proposed and made common senses among the majority of international remote sensing organizations, and new climate data records following international standards are being produced. Finally, the paper discusses some issues faced during the construction and application of satellite-based climate datasets, and gives some specific suggestions on the development of China's satellite-based climate datasets.
Fig. 1 Classification of Thematic Climate Data Records图1 专题气候数据集(TCDR)分类 |
Tab. 1 Essential Climate Variables that are both currently feasible for global implementation and have a high impact on UNFCCC requirements[14]表1 可在全球范围测量并与“公约”高度相关的基本气候变量[14] |
界域 | 基本气候变量 |
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大气 | 表面:气温、风向风速、水汽、气压、降水、表面辐射平衡 高层大气:气温、风向风速、水汽、云特性、地球辐射平衡(包括太阳辐照度) 大气成分:二氧化碳、甲烷和其他长寿命温室气体、臭氧和气溶胶 |
海洋 | 表面:海表温度、海表盐度、海平面、海况、海冰、洋流、海色、二氧化碳分压、海洋酸度、浮游植物 亚表面:温度、盐度、洋流、营养物、二氧化碳分压、海洋酸度、氧气、示踪物 |
陆地 | 流量;用水、地下水、湖、雪盖、冰川和冰帽、冰盖、永久冻土、反照率、土地覆盖(包括植被类型)、光合有效辐射吸收系数(FAPAR)、叶面积指数、地上生物量、土壤碳、火点扰动、土壤湿度 |
Tab. 3 The GCOS Steering Committee recommends particular attention to the needs related to the generation of ECV satellite datasets and products表3 卫星气候数据集要求 |
序号 | 要 求 |
---|---|
1 | 提供数据集和产品生产过程的完整描述,包括采用的算法,使用的基本气候数据集(FCDR),验证情况等 |
2 | 提供与数据集描述和数据集应用有关的出版物信息 |
3 | 提供产品精度、稳定性和时空分辨率的描述。最好能提供与GCOS中所提卫星产品需求的对比 |
4 | 提供数据集、产品及所有文档的获取途径 |
5 | 加强数据集和产品的版本管理,特别是与算法改进和资料再处理关联 |
6 | 保持产品的长期稳定性和均一性 |
7 | 采用一切有助于提高产品质量的校验方法 |
8 | 尽可能做到全球覆盖 |
9 | 将数据定期释放给用户使用,以便开展遥感监测 |
10 | 提供用户反馈机制 |
11 | 进行成熟度指数分析 |
12 | 发布一个总结文档(最好在线),逐项说明与本指南的复合程度 |
成熟度 | 软件成熟度 | 元数据 | 文档 | 产品检验 | 数据共享 | 数据应用 |
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1 | 概念发展 | 很少或没有 | 算法文档草稿;算法论文提交 | 很少或没有 | 限于选定的少数人 | 很少或没有 |
2 | 还要进行较大的修改 | 研究级 | 第一版算法文档C-ATBD;复审的算法文章 | 最低程度 | 向专业人员提供有限的数据 | 有限或正在进行中 |
3 | 还要进行中等程度修改 | 研究级,符合国际标准 | 公开的算法文档;经同行评议发表的算法论文 | 在选定的区域/时间进行了不确定性评估 | 数据和源代码存档并可以获取;使用需要注意 | 应用评估为正效果 |
4 | 需要进行一些修改 | 有元数据;稳定;允许数据集来源追踪和重现;符合国际标准 | 公开的算法文档;业务算法描述草稿;同行评审的算法出版物;关于产品的论文提交 | 多个研究者在广泛分布的地区和时间进行了不确定估计;对差异有所了解 | 数据和源代码存档并可公开获取;提供不确定估计;存在的问题公开 | 可在实际应用中使用;应用评估为正效果 |
5 | 需要进行最小的修改;稳定、便携、可重复 | 元数据完整;稳定;允许数据集来源追踪和重现;符合国际标准 | 公开的算法文档;业务算法描述修改版;关于算法和产品的经同行评审的出版物 | 不同研究者在大多数环境条件下获得一致的不确定性评估结果 | 数据和不确定性估计存档并可公开获取;存在的问题公开;定期更新 | 可被其他研究者使用;应用评估为正效果 |
6 | 不需要代码修改;稳定、可重复;便携、高效 | 元数据完整、动态更新;稳定;允许数据集来源追踪和重现;符合国际标准 | 公开的算法文档和业务算法描述文档;多个关于算法和产品的经同行评审的出版物 | 设计观测策略,通过独立交叉检验、开放检查和连续调查揭示系统误差;误差定量化 | 可公开获取长期存档数据;常规更新 | 在公开发表的应用中使用;可被行业应用;应用评估为正效果 |
The authors have declared that no competing interests exist.
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GCOS. Guideline for the generation of datasets and products meeting GCOS requirements[R].GCOS-143, 2010.
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