衛星観測と水文植生モデルの結合による地表面物理量同化手法の研究

卫星观测与水文植被模型相结合的地表物理量同化方法研究

• 批准号: 00J09784
• 负责人: 瀬戸 心太
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J09784/
• 关键词: 土壌水分; 衛星観測; マイクロ波放射計; 放射伝達; 葉面積指数

今年度は、マイクロ波放射計を利用して土壌水分を推定する手法の開発を行った。既往の研究においては、土壌層と植生層の放射伝達が主に考慮され、植生層については光学的厚さと単一散乱アルベドの2つのパラメータで表現することが多い。本研究では、土壌層と植生層と大気層の放射伝達モデルを結合した。植生層については、葉・枝・幹を考慮し、7つの物理的な植生パラメータを持つものを採用した。この放射伝達モデルと、熱帯降雨観測衛星TRMMに搭載されたマイクロ波放射計TMIの1998年から2000年のデータを利用して、土壌水分量のみを未知数とするシングルパラメータ推定手法を開発した。10GHzの偏波間輝度温度差を指標として利用し、LAIの時間変化をNDVIから換算して与え、SAIなどの植生パラメータをチューニングして与えることで、森林域をのぞく広い範囲で土壌水分量の季節変化(月単位)を再現できた。指標に、高い周波数帯を利用した場合や周波数間の輝度温度差を利用した場合に結果がよくなかったのは、大気層の変動の影響を考慮しなかったのが一つの原因であろう。LAIを外部データとして利用することが重要であるが、やや植生の多い地域では「LAIが輝度温度に与える影響」が弱く、かえってLAIを固定した方がよい結果となる場合もあった。このために、SAIなどのパラメータを領域ごとに適切に設定する必要がある。TMIの場合にはPRよりも観測頻度が高いために、日単位でも推定が可能である。中緯度帯だけでなく、比較的観測頻度の低い低緯度帯でも、降水イベントに対応した土壌水分の急激な上昇といった時間変化が確認された。最終的なプロダクトして、3年分(1998-2000)の日単位土壌水分量推定値が作成され、昨年度までのPRによるものと合わせて2種類の土壌水分量推定値が得られた。

今年，我们开发了一种使用微波辐射计估算土壤湿度的方法。以往的研究主要考虑土壤层和植被层之间的辐射传输，植被层常用光学厚度和单次散射反照率两个参数来表示。在这项研究中，我们结合了土壤、植被和大气层的辐射传输模型。关于植被层，我们采用了具有七个物理植被参数的植被层，考虑了树叶、树枝和树干。利用该辐射传输模型和热带降雨测量卫星 TRMM 上的微波辐射计 TMI 1998 年至 2000 年的数据，我们开发了一种使用土壤湿度作为唯一未知数的单参数估计方法。以10GHz极化间亮温差为指标，从NDVI换算出LAI的时间变化，并调谐赋予SAI等植被参数，就可以确定大范围区域土壤湿度的季节性，包括森林地区，我能够重现这些变化（每月）。使用高频段或频率之间的亮温差作为指标时结果不佳的原因之一可能是没有考虑大气层变化的影响。使用LAI作为外部数据很重要，但在植被数量相对较多的地区，“LAI对亮温的影响”较弱，在某些情况下固定LAI实际上可能会产生更好的结果。为此，需要针对每个区域适当地设置SAI等参数。对于TMI，观察频率高于PR，因此可以每天进行估计。不仅在中纬度地区，而且在观测相对不频繁的低纬度地区也观察到了时间变化，例如土壤湿度因降水事件而迅速增加。作为最终产品，创建了三年（1998-2000）的每日土壤湿度估计值，并获得了两种类型的土壤湿度估计值，包括从 PR 到去年的土壤湿度估计值。

项目成果

瀬戸心太, 沖大幹, 虫明功臣: "土壌・植生・大気の放射伝達モデルに基づくTRMM/TMIによる土壌水分推定"生研フォーラム「宇宙からの地球環境モニタリング」第12回論文集. 87-92 (2003)

Shinta Seto、Daiki Oki、Isao Mushiaki：“基于土壤、植被和大气的辐射传输模型的 TRMM/TMI 土壤湿度估算”第 12 届 IIS 论坛“空间全球环境监测”论文集（2003 年）。

瀬戸心太, 沖大幹, 虫明功臣: "植生層の放射伝達を詳細に考慮したマイクロ波放射計による土壌水分推定"水工学論文集. 47巻. 49-54 (2003)

Shinta Seto、Daiki Oki 和 Isao Mushiaki：“使用微波辐射计估算土壤湿度，详细考虑植被层中的辐射传输”，《水利工程杂志》，第 47 卷，49-54 (2003)。