一种用于量化城乡差异的潜热通量两步空间降尺度方法

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：A Two-Step Spatial Downscaling Method for Latent Heat Flux to Quantify Urban-Rural Gradients

　　

摘要：

快速的城市化进程极大地改变了城市地表特征，进而影响了地表能量平衡与水循环。作为地表能量交换的关键组成部分，潜热通量在调节城市气候中起着重要作用。然而，在高分辨率下对城市地表异质性进行潜热通量反演，以及量化城乡间的潜热通量差异方面，仍存在诸多挑战。本研究提出了一种基于局部气候区作为回归窗口的两步空间反演方法：首先，将粗分辨率的ERA5-Land潜热通量数据（10公里分辨率）与1公里的中间数据相结合；随后，再将数据进一步降尺到30米分辨率。利用得到的高分辨率潜热通量数据，可对年度、季节和日变化尺度上的城乡潜热通量差异进行量化。主要研究结果如下：（1）该反演方法能够有效捕捉与水体、不透水表面及地形效应相关的空间特征，其与高分辨率的土地利用和土地覆盖数据具有高度一致性。通过地面观测数据验证，1公里分辨率下的平均相关系数为0.91，30米分辨率下则为0.913。（2）研究结果显示出明显的城乡差异，从城市到农村，年度潜热通量增加了6.3瓦/平方米。同时还存在显著的季节性和日变化规律，夏季城乡间的潜热通量差异最大，可达12.15瓦/平方米。此外，潜热通量的城乡差异在白天最为明显，差异值可高达14瓦/平方米，而夜间这一差异则会显著减小，几乎消失。本研究提供的的高分辨率潜热通量数据，可为城市气候建模及可持续城市规划提供支持。