基于层次贝叶斯的粤港澳大湾区日最高气温遥感估算及其时空特征分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 邹瑾 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 吕宁 |
| 关键词 | 层次贝叶斯模型 日最高气温 遥感 粤港澳大湾区 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 精确全面地认识粤港澳大湾区城市群的长期高温变化，对大湾区的生态保护和城市规划提供科学依据和路径具有重要意义。同时，这也有助于提高公众的健康意识，并为政府和社会制定相关的应对措施提供依据。然而，当前广泛使用的日最高温资料多来自于常规气象站点观测，其稀疏的空间分布无法反映气温的空间连续信息。相比之下，遥感估算气温数据和再分析数据虽然可以提供时空连续信息，但出现了明显低估粤港澳大湾区高温的现象，这导致对该区域长期高温变化的科学认知产生了偏差。因此，需要探索新的方法来形成准确的时空连续的长期高温数据，以增进对粤港澳大湾区高温变化状况的全面深入认识。 本论文基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）地表温度数据（LST）、地面站点观测和地表辅助数据，针对当前粤港澳大湾区再分析资料和遥感估算气温数据在高温段的低估问题，构建时空层次贝叶斯模型，形成了新的粤港澳大湾区月均日最高温时空估算方法，获得准确的时空连续的长期高温数据，从而解决了研究区高温低估问题。对模型进行站点精度验证和空间一致性检验，应用模型获取2003-2020 年粤港澳大湾区连续时空的月均日最高温数据，探索研究区日最高温的时空特征及其变化规律。论文的主要研究内容和成果如下： （1）层次贝叶斯估算模型明显改善了大湾区高温低估的问题。经大量对比实验与分析，本文以MODIS 日间和夜间LST 为主要协变量、辅助以随机偏微分方程方法(SPDE)的空间模型，构建了适用于粤港澳大湾区月均日最高气温估算的层次贝叶斯模型。密集自动气象站点验证结果显示，本文所建立的层次贝叶斯模型估算结果与站点数据之间的相关系数为0.95，整体偏高估，偏差为0.28℃，RMSE 为1.87℃。在季节性差异上，层次贝叶斯模型在夏季略为低估，为-0.21℃，但相比于ERA5-Land（偏差为-2.24℃），低估的问题得到了极大的改善。在不同土地覆盖类型差异上，层次贝叶斯模型估算精度在森林区域偏低，在城市和耕地区域都表现良好。在误差分析上，相比ERA5-Land 误差与离海距离和DEM 显著相关，层次贝叶斯模型的估算误差仅与DEM 存在微弱的相关性。 （2）层次贝叶斯估算模型在城市区域空间一致性较高。为有效对层次贝叶斯模型进行空间一致性检验，本文对密集自动气象站点应用包括普通克里金、随机森林、广义线性模型、广义相加模型、回归克里金等方法进行空间插值，最终选用在精度和空间分布上表现最佳的广义线性模型回归克里金方法生成用于空间一致性检验的基准验证数据集。结果显示，层次贝叶斯模型估算结果与空间插值的分布模式较为相似，在夏季和冬季能很好地表现城市区域的高温模式；而ERA5-Land 在空间分布上对城市区域的高温特征展现不明显。空间相似性指标（SSIM）显示层次贝叶斯模型与空间插值之间的平均SSIM 为0.65，并且在冬季空间一致性最高；在空间相似性的空间分布上，城市区域和沿海区域的日最高温空间模式与空间插值较为相似。 （3）层次贝叶斯估算结果表明大湾区城市增温显著。基于层次贝叶斯模型生成0.05°、2003-2020 年大湾区月均日最高温数据，并对其进行时空变化特征分析，分析结果显示在这18 年间，大湾区平均日最高温为26.59℃，总体的波动趋势不明显，在夏季显著下降，为-0.23℃/10a；城区的日最高温总体为上升趋势，为0.1℃/10a，模型估算的城市增温趋势空间异质性强，而ERA5-Land 无法反映这一特征。另外，层次贝叶斯模型估算的城区日最高温变化趋势不同于整个研究区的总体趋势，说明人类活动对于日最高温变化有一定影响作用，具体表现为夏季的下降趋势更弱，冬季的上升趋势更强。在空间分布上，大湾区的城市区域月均日最高温明显高于其他区域，这种格局在夏季和秋季最明显，这可能与大湾区城市化贡献的季节性特征有关，而ERA5-Land 难以表现这种空间细节和季节性差异。在趋势的空间分布上，增温显著区通常分布在城区；在春季，大部分显著升温的区域位于城市和部分森林区域；在夏季，显著下降区域集中于高程大的区域和森林区域，部分城市区域显示出显著增温趋势。而ERA5-Land 在城市区域无法表现类似的特征，仅在夏季在沿海区域有显著增温趋势，在秋季在西北方向的山区有显著降温趋势。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 109 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199740]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 邹瑾. 基于层次贝叶斯的粤港澳大湾区日最高气温遥感估算及其时空特征分析[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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