数据同化一种集成多源地理空间数据的新思路
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! 引言
多源 " 多分辨率空间数据的融合 " 集成和尺度推绎是当 前 + Z 7 研究中的热点问题 ! 但缺乏方法论支持 # 例如 ! 研究 者从不同的角度提出了分别针对多种数据模型或针对不同
比例尺 [ 网格分辨率数据的融合方法 ! 但如何在统一 的方 法 论框架内解决以下数据融合和集成的问题尚有待研究 $ 这 些问题 包括 % & ! ’ 如何 集成 来自 于不 同观 测系 统 & 常 规 观 测 和遥感观测 ’ 的数据 ( & M ’ 如何集成直接观测 & 如对地表土壤 水分和土壤温度的直接观测 ’ 和间接观测 & 如利用被动微波
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科技导报
地理空间数据库整合与更新专题
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相对于大气和海洋科学中的数据同化研究而言 $ 陆面 和水文数据同化系统的研究则开始较晚% 在 H I J J 4 3 3 4 ! 4 3 3 " 美 国 国 家 报 告 中 $ 麻 省 理 工 学 院 教 授 ; : ( ( ’E $ K % + ) L & ’ ( 总结到 ( & 数据同化在水文学中迄今还未成为一 个独特的领域 $ 因此 $ 在目前鉴别这一领域的研究活动都带 有某种主观性和武断性 * * 作者还没有见到一个利用分布 式水文模型同化观测数据的研究 ’ ? " @ % 直到 5 M 世纪 3 2 年代 后期 $ 陆面数据同化系统的研究才日益活跃起来 $ 一些颇受 关注的文章陆续被发表 ? " ! 5 2 @ " 使用 & 离线 ’ 的陆面过程模型 同 化微波遥感观测数据也逐渐成为陆面数据同化系统的明显 特征 % 最具代表性的事件是 ( 美国国家航空与宇航管理局哥 达德空间飞行中心 # A = # = J # 6 B ! 水文科学部和数据同化办 公室 # ; = N ! 联合 支 持 了 陆 面 数 据 同 化 项 目 $ 目 前 已 开 始 准 实时地提供北美 4 O P " 和全球 4 Q " " 陆面同化数据集 " 美国 国 家大气海洋局 # A N = = ! 也支持了美国大陆尺度的 ) 基于水文 学的陆面数据同化系统研究 ? 5 4 @ % 此外 $ C B E F 6 也在欧盟的 支持下于 5 2 2 5 年启动了欧洲陆面数据同 化系 统 ? 5 5 @ ) G E = 和 日本宇宙开发局 # A = # ; = ! 也在筹建区域性的陆面数据同化 中心 % "$ " 陆面数据同化系统的组成 陆面数据同化系统通常由陆面过程模型 ) 水文模型 ) 观 测 算子 # 一 般为 辐射 传输 模型 或客 观分 析 方 法 ! ) 误 差 估 计 模型和优化算法组成 % 它以极小化以下泛函为目标 ? R ! S @ ( 观测得到的亮温数据间接反演土壤水分 ! " # ! ! 如何集成观 测数据和模型模拟结果 # 前者在时间和空间上都不连续 $ 而 后者具有时空连续的特征 ! " # " ! 如何在融合多源数据的同 时 $ 解 决 数 据 分 辨 率 不 一 致 的 问 题 $ 即 # $ % &’( ) * + , 和 - $ % & ’ ( ) * . / 0 ( 的问题 % 1 2 世纪 3 2 年代末期发 展起 来的 陆面 数据 同化 方法 为 解决以上问题提供了一条可行的思路 % 本文将介绍陆面数 据同化系统的概念和组成 $ 以及国际上目前正在发展的几 个陆面数据同化系统 %
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科技导报
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本栏目由北京航空航天大学出版社协办
数据同化wk.baidu.com !! 一种集成多源地理空间数据的新思 路
李 新 ! 黄春林 " ! 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所# 研究员$ 博士生导师 ! % 博士生 #$%%%%"
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兰州
" 摘要 # 陆面数据同化是一种集成多源地理空间数据的新思路 ! 介绍了陆面数据同化系 统的概念和组成 " 其核心思想是把不 同来源 # 不同分辨率 # 直接和间接的观测数据与模型模拟结果集成为具有时间一致性 # 空间一致性和物理一致性的各种地表状 态的数据集 ! 介绍了国际上目前正在发展的几个陆面数据同化系统 " 包括 ! " # " 发展的全球和北美陆面数据同化系统 # 欧洲陆 面数据同 化系统和中国西部陆面数据同化 系 统 ! 认 为 在 陆 面 数 据 同 化 系 统 基 础 上 发 展 起 来 的 陆 地 信 息 系 统 将 可 望 成 为 未 来 $ % # 中的重要工具 ! " 关键词 # 数据同化 地理空间数据 陆面数据同化系统 " 中图分类号 # & ’ ( ) ) " 文献标识码 #
收稿日期 & " % % & ’ % ( ’ % ( ’ 基金项目 & 国家重点基础研究发展项目 ! " % % ! ) * $ % ( & % & " $ 国家自然科学基金项目 ! ( % " % " % ! & " ( 作者简介 & 李新 # 男 # ! ( + " ! # 兰州市中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 ! # $ % % % % " # 主要从事四维数据 同化 $ 空间分析 $ 环境模拟 $ 遥 感和 , - . 在冰冻圈研究中的应用 $ 遥感和 , - . 在水文水资源研究中的应用研究 # / ’ 0 1 2 3 & 3 2 4 2 5 6 5 7 8 3 9 : 8 1 ; 8 ; 5 (
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收稿日期 & " % % & ’ % ( ’ % ( ’ 基金项目 & 国家重点基础研究发展项目 ! " % % ! ) * $ % ( & % & " $ 国家自然科学基金项目 ! ( % " % " % ! & " ( 作者简介 & 李新 # 男 # ! ( + " ! # 兰州市中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 ! # $ % % % % " # 主要从事四维数据 同化 $ 空间分析 $ 环境模拟 $ 遥 感和 , - . 在冰冻圈研究中的应用 $ 遥感和 , - . 在水文水资源研究中的应用研究 # / ’ 0 1 2 3 & 3 2 4 2 5 6 5 7 8 3 9 : 8 1 ; 8 ; 5 (
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