第七届青年地学论坛

地表辐射收支是大气与陆地/海洋能量交换的主要驱动因子(Gupta et al. 1999)，对气候与地表覆盖变化至关重要，在生态学、水文学、地球生物化学陆面过程等研究中有重要意义(Liang et al. 2010)。地表上行长波辐射（Surface Upwelling Longwave Radiation, SULR）是指地表在单位时间内在4-100μm波谱范围内，在从半球空间出射的能量总和(Bisht and Bras 2011; Cheng and Liang 2016)。地表上行长波辐射是地球冷暖状态的重要指示参量，也是地表净辐射的重要组成部分，直接或间接控制着地表及近地表大气的升温、降温，水分的蒸发与植被的蒸腾 (Wang et al. 2015)。
卫星遥感在是唯一能在全球或区域尺度上快速获取地表上行长波辐射的手段(Jiang and Islam 2001; Wang et al. 2012)。已有的SULR估算方法研究主要针对极轨卫星提出（如MODIS），可以分为三大类（Qin et al., 2020）：（1）利用温度、宽波段发射率、大气下行长波辐射估算的物理法；（2）利用大气层顶辐射亮温直接回归的混合法（包括线性回归、非线性回归、神经网络回归）；（3）利用大气纠正后的地表辐射亮温回归的混合法。当前被广泛使用的基于MODIS数据研制的GLASS SULR产品的全球验证精度为18.15 W/m²(Zeng et al., 2020)。当前的算法均假设地表热辐射为各向同性，对热辐射方向性的回避导致估算精度难以进一步提高（Cao et al., 2019）。
静止卫星具备高时间分辨率的对地观测能力（30分钟一次观测），新一代的载荷在空间分辨率上已经接近极轨卫星（静止卫星星下点2km VS 极轨卫星1km），因此，研制静止卫星SULR产品近年来受到越来越多的关注。静止卫星以固定角度对地球表面进行多时相的观测，日间每个观测时相上的太阳位置均不同，太阳-地表-传感器立体几何条件呈现有规律的变化，在捕捉地表热状态变化特征的同时还可以捕捉地表热辐射方向性的变化特征。本研究在热红外核驱动模型通用框架（Cao et al., 2021）的基础上进行了动态扩展，提出了多时相热红外核驱动模型，并将其应用于静止卫星地表SULR估算中。整个算法分为三步：（1）利用单角度算法估算SULR初值；（2）将多时相核驱动模型进一步简化为6参数校正模型；（3）利用日间不少于6次的晴空观测驱动校正模型实现热辐射方向性的纠正，得到不受方向性干扰的高精度SULR结果。使用5个美洲通量观测网络（Ameriflux）验证站点验证表明，该方法可将RMSE从21.1 W/m²降低到15.6 W/m²，降幅达到26.1%。

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