中國(guó)地區(qū)三種地表反照率產(chǎn)品比較

唐晨凱 曾燕 施國(guó)萍 徐金勤

(1 南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044；2 中國(guó)氣象局交通氣象重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，南京210019； 3 江蘇省氣象科學(xué)研究所，南京 210019；4 南京氣象科技創(chuàng)新研究院，南京 210019；5 南京信息工程大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，南京 210044)

引 言

地表反照率被定義為地球表面所反射的太陽(yáng)輻射與入射太陽(yáng)輻射的比值[1]，在陸面能量平衡、天氣預(yù)報(bào)和氣候變化等研究中廣泛應(yīng)用[2-6]。

目前可以通過(guò)多種方法獲得地表反照率數(shù)據(jù)。在這些方法中，通過(guò)對(duì)地面站點(diǎn)觀測(cè)得到的輻射資料進(jìn)行計(jì)算得到地表反照率是最直接、原始的方法[7]。由于輻射觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)量較少、分布密度低，再加上下墊面等因素的影響，該方法難以獲得空間上連續(xù)的地表反照率[8]。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，遙感產(chǎn)品時(shí)空分辨率逐步提高，覆蓋范圍持續(xù)增加，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到認(rèn)可，遙感產(chǎn)品已經(jīng)成為獲得地表反照率的重要途徑[9-10]。尤其在具有復(fù)雜地形、地表形態(tài)變化頻繁且觀測(cè)站稀少的地區(qū)，遙感反演更是獲得地表反照率的最佳方法。目前，已有多種遙感衛(wèi)星地表反照率產(chǎn)品，如：美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA的MODIS[11]、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局NOAA的AVHRR[12]、法國(guó)國(guó)家宇航局的POLDER、歐洲氣象衛(wèi)星開(kāi)發(fā)組織的Meteosat[13]、歐洲航天局的GlobAlbedo[14]、中國(guó)北京師范大學(xué)等單位研發(fā)的GLASS[15]。同被大量使用的地面站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感產(chǎn)品相比，再分析資料的地表反照率產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的時(shí)間序列的特征。但是，再分析資料由于其數(shù)據(jù)類(lèi)型、同化方案的不同，其精度仍亟待驗(yàn)證分析[16]。目前，直接提供地表反照率的再分析資料有歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ECMWF的ERA-Interim產(chǎn)品，其他產(chǎn)品如美國(guó)國(guó)家環(huán)境中心NCEP再分析資料只能提供再分析輻射數(shù)據(jù)，需要對(duì)短波輻射資料進(jìn)行計(jì)算獲得地表反照率[17]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有不少關(guān)于地表反照率產(chǎn)品的研究，如：Taberner， et al[18]將MODIS提供的白空反照率與MISR生成的相似產(chǎn)品進(jìn)行比較，得出兩個(gè)數(shù)據(jù)具有非常好的統(tǒng)計(jì)一致性。廖瑤等[19]對(duì)MODIS、MISR、POLDER 3種地表反照率的黑空地表反照率在全球范圍內(nèi)進(jìn)行比較，得出3種產(chǎn)品表現(xiàn)比較相似，彼此之間相關(guān)性較高。Hautecoeur， et al[20]使用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型和MODIS的地表反照率產(chǎn)品對(duì)POLDER地表反照率產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明POLDER在一定的精度范圍內(nèi)質(zhì)量可靠。李雨鴻等[21]使用WRF模式進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MODIS反照率產(chǎn)品替換WRF模式中原有反照率可以使模擬的氣溫精度提高。馮智明等[22]針對(duì)MODIS的V005和V006新老版本的地表反照率產(chǎn)品，使用FLUXNET站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，比較了兩個(gè)版本的精度差異。陳愛(ài)軍等[23]應(yīng)用MODIS地表反照率反演質(zhì)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了中國(guó)區(qū)域的地表反照率反演質(zhì)量的時(shí)空分布特征。

由于GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率產(chǎn)品的相關(guān)研究較少，本文將對(duì)這兩種地表反照率產(chǎn)品與主流的MODIS地表反照率產(chǎn)品在2007—2011年中國(guó)區(qū)域的表現(xiàn)進(jìn)行研究，分析不同產(chǎn)品之間在時(shí)空分布上的差異與相關(guān)性，以此深入認(rèn)識(shí)不同地表反照率產(chǎn)品的差異，促進(jìn)地表反照率產(chǎn)品在地氣系統(tǒng)研究中的應(yīng)用。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

MODIS是美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA的地球觀測(cè)系統(tǒng)EOS系列衛(wèi)星上裝載的大型空間遙感儀器。其全球地表反照率產(chǎn)品數(shù)據(jù)集編號(hào)為MCD43，使用Terra和Aqua兩顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)生成該系列產(chǎn)品，采用正弦投影和等經(jīng)緯度投影兩種方式[24]。本文選用2007—2011年的MCD43A3產(chǎn)品的短波波段的數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m，時(shí)間分辨率為每天，采用正弦投影。該數(shù)據(jù)是由美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA的陸地分布式活動(dòng)檔案中心LP DAAC提供(https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov)。

GlobAlbedo是由歐洲航天局ESA提供的全球地表反照率產(chǎn)品，以正弦投影和等經(jīng)緯度投影兩種方式提供可見(jiàn)光、近紅外和短波等多種波段的方向性半球反照率DHR和雙半球反照率BHR。此外，該產(chǎn)品還包括正午太陽(yáng)天頂角等數(shù)據(jù)[25]。本文選用2007—2011年短波波段的產(chǎn)品，時(shí)間分辨率為1 mon，空間分辨率為0.05°。該數(shù)據(jù)由歐洲航天局ESA地球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃EOEP提供(http:∥www.globalbedo.org)。

ERA-Interim是歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心提供的地表反照率產(chǎn)品。ERA-Interim應(yīng)用四維變分同化的大氣分析，提供每天4次同化分析數(shù)據(jù)[26]。本文采用2007—2011年分辨率為0.125°的地表反照率數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)由歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心提供(https:∥www.ecmwf.int)。

MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim 3種地表反照率產(chǎn)品的時(shí)空分辨率均不相同，為了分析3種產(chǎn)品之間的異同，首先把2007—2011年的3種數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率統(tǒng)一到與GlobAlbedo產(chǎn)品相同的月尺度，其中MODIS產(chǎn)品直接由每日數(shù)據(jù)計(jì)算得到月平均數(shù)據(jù)，ERA-Interim產(chǎn)品先將每天四次數(shù)據(jù)處理為日平均地表反照率再計(jì)算得到月平均數(shù)據(jù)，最后通過(guò)重采樣將3種產(chǎn)品的空間分辨率統(tǒng)一為5 km。

地面觀測(cè)數(shù)據(jù)選用由國(guó)家氣象信息中心提供的中國(guó)輻射日值數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集涵蓋全國(guó)范圍內(nèi)122個(gè)臺(tái)站的各項(xiàng)輻射日值資料，數(shù)據(jù)均受過(guò)質(zhì)量控制。從數(shù)據(jù)集中篩選出提供有效的反射輻射日總量和總輻射日總量的16個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)具體地理位置見(jiàn)表1。

表1 16個(gè)氣象輻射觀測(cè)臺(tái)站信息Table 1 Meteorological radiation observation station information

1.2 研究方法

1.2.1 遙感產(chǎn)品真實(shí)地表反照率計(jì)算

MODIS地表反照率產(chǎn)品MCD43A3提供短波黑空反照率(Black-Sky Albedo，BSA)、白空反照率(White-Sky Albedo，WSA)。BSA是太陽(yáng)輻射滿(mǎn)足完全直射條件下的地表反照率， WSA是太陽(yáng)輻射滿(mǎn)足完全漫射條件下的地表反照率。真實(shí)的地表反照率需要根據(jù)實(shí)際天空漫射光比例，由黑空反照率、白空反照率兩者線(xiàn)性加權(quán)獲得[27]：

α=αWSA×r+αBSA×(1-r)，

(1)

其中：α是真實(shí)的地表反照率；αWSA是白空反照率；αBSA是黑空反照率；r是實(shí)際天空漫射光比例。

GlobAlbedo地表反照率產(chǎn)品提供的雙半球反照率和方向性半球反照率分別與黑空反照率、白空反照率具有同樣的物理意義[28]，所以采用同樣的方法計(jì)算得到GlobAlbedo的真實(shí)地表反照率。天空漫射光比例r，可以由晴空條件的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系得到[29]：

r=0.122+0.85×exp(-0.48cosθ),

(2)

其中：θ為正午太陽(yáng)天頂角；cosθ是正午太陽(yáng)天頂角余弦。MCD43A3計(jì)算所需的正午太陽(yáng)天頂角θ可由MCD43A2數(shù)據(jù)集獲得。

1.2.2 地面觀測(cè)數(shù)據(jù)處理

以每日反射輻射日總量與每日總輻射日總量之比計(jì)算每日地表反照率：

(3)

其中：αs為站點(diǎn)觀測(cè)的每日地表反照率；RADF為每日反射輻射日總量；RADG為每日總輻射日總量。得到每日地表反照率后，再通過(guò)計(jì)算得到月平均地表反照率。

1.2.3 相關(guān)性計(jì)算

采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)對(duì)MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim 3種地表反照率產(chǎn)品在年尺度和月尺度上的相關(guān)性進(jìn)行分析：

(4)

其中：P是相關(guān)系數(shù)；X、Y是進(jìn)行相關(guān)分析的兩種產(chǎn)品對(duì)應(yīng)像元數(shù)據(jù)；N為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的像元數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 精度分析

圖1 2007—2011年氣象站與MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim月平均地表反照率Fig.1 Monthly mean surface albedo of stations and MODIS， GlobAlbedo， ERA-Interim from 2007 to 2011

圖1是2007—2011年16個(gè)氣象站點(diǎn)的地表反照率月平均值與對(duì)應(yīng)像元的MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率產(chǎn)品的月平均值的對(duì)比。可以看出，3種產(chǎn)品的地表反照率與氣象站的觀測(cè)結(jié)果在圖1a中的變化特征基本一致，表現(xiàn)為冬半年高、夏半年低，其中ERA-Interim變化的幅度明顯小于站點(diǎn)觀測(cè)值和另外兩種產(chǎn)品。從數(shù)值上看，站點(diǎn)觀測(cè)值獲得的地表反照率高于3種地表反照率產(chǎn)品：與MODIS平均絕對(duì)誤差最高的是11月的6.31%，最低則是4月的2.70%；與GlobAlbedo平均絕對(duì)誤差最高的是12月的5.45%，最低為4月的2.27%；與ERA-Interim的平均絕對(duì)誤差最高的為1月的10.14%，最低為4月的0.70%。 另外，MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率產(chǎn)品與站點(diǎn)觀測(cè)值的相關(guān)性表現(xiàn)也不錯(cuò)，相關(guān)系數(shù)分別為0.943、0.970、0.846。

表2為2007—2011年16個(gè)氣象站與MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim 3種產(chǎn)品年平均地表反照率的絕對(duì)差值?？梢钥闯觯琈ODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim 3種產(chǎn)品與氣象站的地表反照率絕對(duì)差值均在2007年最小，分別為3.80%、3.34%和2.66%；除2009、2010年，ERA-Interim與站點(diǎn)平均絕對(duì)誤差最小，GlobAlbedo次之，MODIS絕對(duì)誤差最大。

表2 氣象站與MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim年平均地表反照率絕對(duì)差值Table 2 Absolute difference of the annual mean surface albedobetween the stations and MODIS， GlobAlbedo,ERA-Interim %

綜上，MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率產(chǎn)品與站點(diǎn)觀測(cè)值的變化趨勢(shì)基本一致、相關(guān)性較好，但是在數(shù)值上具有一定的差異。結(jié)合相關(guān)性與差異性，GlobAlbedo對(duì)氣象站觀測(cè)值的反演效果最好。

2.2 差異性分析

2.2.1 月尺度差異性分析

從表3可以看出：3種產(chǎn)品的絕對(duì)差值在月尺度下差異最小的是MODIS與GlobAlbedo，平均絕對(duì)差值為3.65%；其次是MODIS與ERA-Interim，平均絕對(duì)差值為6.17%；最大的是GlobAlbedo與ERA-Interim，平均絕對(duì)差值為6.55%?？傮w來(lái)看，3種產(chǎn)品的差異隨時(shí)間的變化趨一致，表現(xiàn)為冬半年差異大，夏半年差異小。 1、2月3種產(chǎn)品的平均絕對(duì)差值均達(dá)到最大，MODIS與GlobAlbedo的平均絕對(duì)差值超過(guò)5%，ERA-Interim與MODIS、GlobAlbedo的平均絕對(duì)差值均超過(guò)10%。而7、8月，MODIS與GlobAlbedo的平均絕對(duì)差異則小于2%，ERA-Interim與MODIS、GlobAlbedo的平均絕對(duì)差異分別小于3.4%和3.2%。造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)榈乇矸凑章实淖兓c土地覆被和積雪關(guān)系密切[30-31]，在有降雪的冬季，3種產(chǎn)品對(duì)積雪敏感程度的不同導(dǎo)致有較大的數(shù)值差異產(chǎn)生，而進(jìn)入夏季，地表反照率整體下降，3種產(chǎn)品在數(shù)值上均達(dá)到低值，彼此之間的差異不再明顯。

表3 2007—2011年MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率月平均絕對(duì)差值Table 3 Monthly average absolute difference in surface albedoof MODIS， GlobAlbedo and ERA-Interim from 2007 to 2011 %

2.2.2 年尺度差異性分析

圖2 MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim之間地表反照率5 a年平均絕對(duì)差值的空間分布Fig.2 Spatial distribution of annual absolute difference of MODIS，GlobAlbedo and ERA-Interim surface albedo

圖2a是MODIS與GlobAlbedo地表反照率5 a年平均值(2007—2011年)的絕對(duì)差值?？梢钥闯觯瑑烧卟町愐?guī)律性比較明顯，胡煥庸線(xiàn)以東地區(qū)，兩者差異較小，基本低于5%，胡煥庸線(xiàn)以西地區(qū)，兩者差異偏大，受地形影響明顯，差異高值超過(guò)10%。圖2b為MODIS與ERA-Interim地表反照率5 a年平均值的絕對(duì)差值，可以看出MODIS與ERA-Interim的差異顯著大于與GlobAlbedo的差異，具有顯著差異的地區(qū)有呼倫貝爾高原、大興安嶺西側(cè)的內(nèi)蒙古高原、松嫩平原、三江平原、阿爾泰山、準(zhǔn)格爾盆地、天山和念青唐古拉山等地區(qū)，

表4 2007—2011年MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率年平均絕對(duì)差值Table 4 Average annual absolute difference in surface albedoof MODIS， GlobAlbedo and ERA-Interim from 2007 to 2011 %

其中呼倫貝爾高原是絕對(duì)差值超過(guò)20%面積最大的區(qū)域。圖2c是GlobAlbedo與ERA-Interim地表反照率數(shù)據(jù)5 a平均值的絕對(duì)差值，其分布情況與MODIS與ERA-Interim相似，但不同的是在昆侖山、念青唐古拉山具有顯著差異的區(qū)域有所增加，同時(shí)在云南、貴州、廣西、廣東和福建等省份，ERA-interim與GlobAlbedo的差異小于與MODIS的差異。結(jié)果表明，3種產(chǎn)品在年尺度上的主要差異出現(xiàn)在110°E以西的山地地區(qū)，其中ERA-Interim與另外兩種產(chǎn)品還在東北50°N左右的平原地區(qū)具有顯著差異。

從表4可以看出，2007—2011年每年3種產(chǎn)品的年平均值的絕對(duì)差值統(tǒng)計(jì)，MODIS與GlobAlbedo的平均絕對(duì)差值為4.49%，而ERA-Interim與另外兩種產(chǎn)品有較大差異，與MODIS的平均絕對(duì)差值達(dá)到了5.94%，與GlobAlbedo的平均絕對(duì)差值則達(dá)到了5.67%。根據(jù)氣候模式的需求，地表反照率的精度應(yīng)達(dá)到2%～5%，ERA-Interim與另外兩種產(chǎn)品的差異超過(guò)了5%，MODIS與GlobAlbedo的差則符合這一標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明兩種產(chǎn)品的差異較小。

2.3 相關(guān)性分析

為直觀地表現(xiàn)MODIS、GlobAlbedo和ERA-Interim地表反照率數(shù)據(jù)產(chǎn)品彼此之間的相關(guān)性，對(duì)重采樣后5 km空間分辨率的3種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別就月尺度和年尺度對(duì)3種產(chǎn)品之間進(jìn)行相關(guān)性分析。

2.3.1 月尺度相關(guān)性分析

圖3 MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim月平均地表反照率相關(guān)系數(shù)Fig.3 Monthly average surface albedo correlation coefficientof MODIS， GlobAlbedo， ERA-Interim

圖3是3種地表反照率產(chǎn)品2007—2011年月相關(guān)系數(shù)變化。從圖3a可以看出，MODIS與GlobAlbedo的相關(guān)性較高，平均相關(guān)系數(shù)為0.73，表現(xiàn)出冬半年相關(guān)性較高、夏半年相關(guān)性低，在2010年6月相關(guān)系數(shù)最低，為0.63，相關(guān)系數(shù)最高值出現(xiàn)在2010年3月，為0.83，這與此前的差值分析有出入，這是因?yàn)椋憾居捎诜e雪的存在，地表反照率高，MODIS、GlobAlbedo產(chǎn)品間的差異也相應(yīng)增大，但同時(shí)地表反照率隨緯度、海拔高度的變化的規(guī)律性也變得顯著，使兩種產(chǎn)品之間的相關(guān)性增高；夏季積雪消融、植被生長(zhǎng)，地表反照率低，兩種產(chǎn)品的差異隨之減小，同時(shí)地表反照率空間分布的規(guī)律性較冬季不再顯著，使得兩種產(chǎn)品的相關(guān)性降低。從圖3b、c可以看出，ERA-Interim與另外兩種產(chǎn)品相關(guān)性普遍較低，與MODIS的平均相關(guān)系數(shù)為0.44，與GlobAlbedo的平均相關(guān)系數(shù)為0.50，夏半年4—9月相關(guān)性相對(duì)較高，冬半年1—3月、11—12月相關(guān)性較低。同MODIS與GlobAlbedo之間相關(guān)性在1 a中的變化相比，ERA-Interim與MODIS、GlobAlbedo產(chǎn)品的相關(guān)性在1 a中的變化規(guī)律完全相反，有必要討論ERA-interim與MODIS、GlobAlbedo產(chǎn)生差異的原因。

圖4 MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率月均值相關(guān)系數(shù)的空間分布Fig.4 Spatial distribution of monthly correlation coefficients ofMODIS， GlobAlbedo and ERA-Interim surface albedo

圖4為3種產(chǎn)品月平均值之間的相關(guān)系數(shù)空間分布。從圖4a可以看出，MODIS與GlobAlbedo呈現(xiàn)高相關(guān)性的地區(qū)主要在35°N以北，隨著緯度下降，兩種產(chǎn)品的相關(guān)性逐步下降，相關(guān)性較弱的地區(qū)主要位于天山南麓的塔里木盆地、川藏滇交界的橫斷山脈、四川盆地和江蘇中部。從圖4b可以看出，ERA-interim與MODIS在40°N以北大部分地區(qū)相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)多為0.6～0.8、0.8～1區(qū)間，在天山、昆侖山、岡底斯山北部、兩湖平原、黃淮平原、江西、江蘇中部等地區(qū)相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)大多低于0.4。從圖4c可以看出，ERA-interim同GlobAlbedo的相關(guān)性與其和MODIS的相關(guān)性在空間分布上具有相似性，但在烏蒙山、四川盆地、陜南秦嶺地區(qū)，ERA-Interim與GlobAlbedo的相關(guān)系數(shù)多為0～0.4， ERA-interim與MODIS在同一地區(qū)的相關(guān)系數(shù)則多高于0.4。而在黃淮平原，ERA-Interim與GlobAlbedo的相關(guān)系數(shù)主要為0.4～0.6，該地區(qū)ERA-Interim與MODIS的相關(guān)系數(shù)則以0～0.2為主。綜上，在空間上，3種產(chǎn)品的相關(guān)性在40°N以北區(qū)域總體呈現(xiàn)較高的相關(guān)性，伴隨緯度的降低，3種產(chǎn)品之間的相關(guān)性開(kāi)始出現(xiàn)下降。

2.3.2 年尺度相關(guān)性分析

表5為3種產(chǎn)品年均值之間的相關(guān)系數(shù)，可以看出，MODIS與GlobAlbedo相關(guān)性最高，平均相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.765 5。而ERA-Interim與另外兩種產(chǎn)品的相關(guān)系數(shù)則較低，與MODIS的平均相關(guān)系數(shù)為0.471 3，與GlobAlbedo的平均相關(guān)系數(shù)則為0.524 3。對(duì)照前文分析可知，MODIS與GlobAlbedo產(chǎn)品的平均絕對(duì)差異也是3種產(chǎn)品之中最小的，ERA-Interim同MODIS、GlobAlbedo的平均絕對(duì)差異均較高，說(shuō)明兩種遙感產(chǎn)品之間的相關(guān)性要好于與再分析產(chǎn)品ERA-Interim的相關(guān)性。

表5 2007—2011年MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率年平均相關(guān)系數(shù)Table 5 Annual average correlation coefficient of surface albedoof MODIS， GlobAlbedo and ERA-Interim from 2007 to 2011

3 討論

以6—8月為夏季，12月—次年2月為冬季，使用3種地表反照率產(chǎn)品在2007—2011年夏季和冬季的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到3種產(chǎn)品在夏季和冬季的平均地表反照率(圖5)，以此討論ERA-Interim與MODIS、GlobAlbedo之間的相關(guān)關(guān)系。

從圖5可以看出，與MODIS、GlobAlbedo地表反照率產(chǎn)品相比，ERA-Interim產(chǎn)品無(wú)論在夏季還是冬季，都難以反映地表反照率受地形和土地覆被的影響，在青藏高原和40°N以北地區(qū)表現(xiàn)地最為明顯，MODIS、GlobAlbedo產(chǎn)品的值都會(huì)因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)的土地覆被和地形的變化而產(chǎn)生波動(dòng)，ERA-Interim產(chǎn)品在同一區(qū)域的變化則很小。正是由于ERA-Interim地表反照率產(chǎn)品難以表現(xiàn)地形和土地覆被的影響，使其與另外兩種產(chǎn)品在數(shù)值和空間分布上有了較大的差異，尤其在冬季時(shí)ERA-Interim產(chǎn)品與MODIS、GlobAlbedo產(chǎn)品的差值分別為5%、8%，高于夏季時(shí)ERA-Interim與MODIS、GlobAlbedo之間的差值，從而導(dǎo)致了相關(guān)性從夏季到冬季的下降。

因此，ERA-Interim產(chǎn)品與MODIS、GlobAlbedo具有較大差異和較低的相關(guān)關(guān)系的根本原因，可以解釋為：ERA-Interim作為再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品是綜合各種數(shù)據(jù)源進(jìn)行質(zhì)量控制和同化得到的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)來(lái)源除了遙感衛(wèi)星還有地面觀測(cè)、船舶、探空氣球等，對(duì)地形和地表覆被變化的敏感程度不如MODIS、GlobAlbedo兩種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，而地表反照率又與地形、地表覆被息息相關(guān)[32]。

4 結(jié)論

本文對(duì)2007—2011年MODIS、GlobAlbedo和ERA-Interim 3種地表反照率產(chǎn)品在中國(guó)地區(qū)的表現(xiàn)進(jìn)行了比較，通過(guò)對(duì)3種產(chǎn)品對(duì)氣象站觀測(cè)值的反演效果、絕對(duì)差值、相關(guān)性和冬季夏季平均值的對(duì)比，分析了3種產(chǎn)品的異同。主要結(jié)論如下：

(1)3種地表反照率產(chǎn)品與氣象站觀測(cè)值在年際變化具有相同的特征，即冬半年高、夏半年低，且相關(guān)性良好，但是數(shù)值上有一定差異，其中GlobAlbedo的反演效果最好。

(2)3種產(chǎn)品在年尺度和月尺度下絕對(duì)差值均表現(xiàn)出一定差異，MODIS與GlobAlbedo之間絕對(duì)差值最小，3種產(chǎn)品出現(xiàn)較大差異地區(qū)主要為青藏高原和西北山地地區(qū)，3種產(chǎn)品的絕對(duì)差值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)一致，從冬半年到夏半年差值由高變低。

(3)3種產(chǎn)品在40°N以北地區(qū)均具有較高的相關(guān)性，年尺度和月尺度下相關(guān)性最好的是MODIS與GlobAlbedo。MODIS與GlobAlbedo相關(guān)性表現(xiàn)為冬半年高夏半年低，ERA-Interim同MODIS、GlobAlbedo的相關(guān)性表現(xiàn)則相反。

圖5 MODIS、GlobAlbedo、ERA-Interim地表反照率夏季和冬季平均地表反照率的空間分布：(a)MODIS夏季；(b)MODIS冬季；(c)GlobAlbedo夏季；(d)GlobAlbedo冬季；(e)ERA-Interim夏季；(f)ERA-Interim冬季Fig.5 Spatial distribution of average summer and winter surface albedo in MODIS, GlobAlbedo, ERA-Interim surface albedo：(a)MODIS in summer；(b)MODIS in winter；(c)GlobAlbedo in summer；(d)GlobAlbedo in winter；(e)ERA-Interim in summer；(f)ERA-Interim in winter

(4)ERA-Interim作為再分析資料對(duì)地形和地表覆被的變化敏感程度低于同為遙感衛(wèi)星產(chǎn)品的MODIS和GlobAlbedo，使其與MODIS、GlobAlbedo具有較大差異和較低相關(guān)性。