全球变化下地表反照率研究进展

全球变化下地反照率研究进展 ADVANCES IN EARTH SCIENCE Mowo JuanaP , ,J,, 2011,26( 11) : 1 217-1 224,,ao Dengpa,nTaoF uu,Mo-,,iXili,肖登攀陶福禄全球变化下地表反照率研究进展地球科学进展 wo JuanaP, Research rogpress on surfaceal bedo under global change,J,, Advancesin Earth Science,2011,26( 11) : 1 217-1 224,, ? 全球变化下地表反照率研究进展 11,2 1* JuanaP,,Moiwo肖登攀陶福禄 ( 1, ,2, ,100101 100049) ;中国科学院地理科学与资源研究所北京 中国科学院研究生院北京 : ,摘 要地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力决定着地表与大气之间辐射能量的分配 ,。,过程是影响地球气候系统的关键变量在全球变化日益突出的今天地表反照率与全球变化的相 。,互影响机制已经成为地球科学研究领域的热点问题之一地表反照率的细微变化会影响到地气 ,。、系统的能量收支平衡进而引起区域以至全球气候变化详细介绍地表反照率影响因素研究 ,。等方面的最新研究进展并从全球变化的角度阐述地表反照率的研究动态及其研究方向 : ; ; / ; 关 键 词全球变化地表反照率土地利用 覆被变化遥感反 演: P422, 4: A1001-816(6 2011) 11-1217-08: 中图分类号 文献标志码 文章编号 ,照率增加是进一步加剧该地区干旱的主要原因最 1引言 ,早指出地表反照率在全球气候变化中所起的作用 100 0, 7 ? ,,过去的 年中地球温度上升了 以全 —。并提出了著名的生物地球物理反馈机制该机制 ,球变暖为突出标志的全球变化已经对生态系统及人 认为干旱区由于缺乏降雨而导致植被减少地表反 ,,,类社会产生了深远的影响全球变化成为当前地球 照率增加地表获得的净辐射减小相应的感热通量 ,1,。,,科学研究 领 域 的 热 点 问 题 之 一虽 然 具 体 变 化 和潜热通量减少造成大气辐合上升减弱云和降水 ,8,9,。,,原因是自然造成的还是人类活动造成的仍然存在争 同时也存 减少进而导致该地区的持续干旱,2,,,议但人们普遍认为大气中温室气体浓度升高产 在一个由于云量的减少使地表太阳辐射增加净辐 。“”生的温室 效 应是 造 成 全 球变暖的主要原射增大的负反馈作用在正负反馈相互作用并最终 。,,因随 着对全球气候变化研究的深入科学家们发形成一个稳定状态的过程中地表反照率起着关键 ,10, 。Curry / —。作用等通 过 雪 海 冰地表反照率的反 现地表 反照率在气候变化中扮演着重要的角色地 表反照 率是地表向各个方向反射的太阳短波辐射与,馈机制解释了地表反照率对全球气候变化的影响 ,3,。,、,,太阳总 辐射的比 值地 表 反照率决定着地球表全球变暖冰雪覆盖融化减少使地表反照率降低 ,4,,面与大 气之间辐射能量的分配过程进而影响着,地球表面吸收更多的太阳能从而进一步加速地球 ; ,,, 、、、变暖相反如果全球气温降低则冰雪覆盖增加地生态系 统中如地表温度蒸腾能量平衡光合及呼 ,4,5,、,吸作用 等一系列物理生理和生物化学过程是,,表反照率升高把更多的太阳辐射反射到大气空间 数值气 候模式和地表能量平衡方程的一个重要参数。地球温度进一步降低 ,6,。,, 综上所述气候对地表反照率十分敏感地球表 ,7, 20 70 Charney,世纪 年 代通过全球气候模型 ,—面反照率的细微变化会影响到地气系统的能量 ( GCM) ,在撒哈拉干旱地区的模拟研究发现地表反 2011-05-0;7 : 2011-09-1,9: ? 收稿日期修回日期 * : “LUCC LUCC ”( : 基金项目国家重点基础研究发展计 划 项 目对陆地生态系统 的 影响机制与多尺度 生 态 效 应 研 究 编 号 2010CB950902 ) ,资助 : ( 1982-) ,,,,, E-mail: xiaodp, 10b@ igsnrr, ac, cn 作者简介肖登攀男河北张北人博士研究生主要从事地表能量平衡研究 * : ( 1970-) ,,,,, E-mail: taofl@ igsnrr, ac, cn 通讯作者陶福禄男河南洛阳人研究员主要从事全球变化生态学和农林气象学研究 ,11,。,,平衡进而引 起 气 候 变 化因 此准 确 获 取 地 表 ,,的季节原因是森林冠层颜色一般较农田深且森林 ,。,反照率参数并研究其分布变化特征对研究区域气 的粗糙度也大于农田当积雪覆盖时森林可能大 ,,候变化以及改进和验证陆面 过程模式等具有重要 部分裸露而农田往往完全被积雪覆盖即使在森林 。,意义 冠层积雪覆盖面积特别大的时候由于大量反射光 ,24,,。在冠层里散射森林反照率也低于农田 2地表反照率影响因素的研究 , 冰雪面对太阳辐射具有较高的反照率使入射 ,25,地表反照率作为地球表面对太阳辐射反射能力 。的太阳 辐射仅有很少部分被冰雪覆盖所吸 收 ,、、、、、、的量化指标主要受太阳高度角下垫面状况土壤 雪的反照率与雪的粒径形状密度含水量积雪厚 ,26,27,,。湿度以及气象条件等因素的影响其中下垫面状况 度以及纯净度等物理属性有 关新 雪 的 反 照 、、、,,,包括土壤颜色土壤类型地表粗糙度植被覆盖及 率最高随着时间的推移新雪会粒雪化晶粒变形 ,。,、、积雪等具有较大的时空分异性 并不断密实化粒径增大污化物增多反照率也不 。 ( 、2, 1断下 降海冰反照率取决 于 冰 类 型 新 冰多 年 太阳高度角对地表反照率的影响 ,28,, ) 、、。、、太阳辐射路径与太阳高度角相关因此地表反冰冰 厚气泡以及表面条 件新 雪陈 雪粒 ,29,、。。: 雪冰川冰和污化冰川冰的反照率依次下降 照率也受太阳高度角的影响相关研究表明地表 ,12,13,,,,反照率随着太阳高度角增加而减小当太阳高 另外地表是多种地物的综合体现并不存在单 ,14,15,40?,。 ,,、度角大于 时地表反照率基本上趋于不变一的下垫面即使是裸露的土壤由于几何结构地 ,。,,表湿度的影响也会使反照率分布不均植被指数 在晴天由于太阳高度角越低地表反照率越大典型 的 ,16,U ,,地表反照率日变化一般呈现 型即正午的地 表反映了地表植被覆盖密度及土壤湿度等特征其变 ,。,。反照率最低上午和下午略高并且对称但研究 发 化直接影响 地 表 反 照 率进而影响地表能量平衡 ,,,现地表反照率日变化存在一 定 的 不 对 称 性湿润地区当植被覆盖率较低时湿润的地表将占有 ,17,18,,,,。即使相同的太阳高度角上 午 的 地 表 反 照 率更大的权重综合效果将减少地表反照率值植被 ,13,,,要低于下午分析原因可能是一天的太阳辐射 对指数与地表反照率有一定的对应关系高植被指数 ,。NDVI( ) 地表进行烘干作用导致下午的地表含水量低于 上对应低的地表反照 率归一化植被指数是 ,。, ,午从而使下午的地表反照率略高于上午然而文最常用的植被指数之一综合反映了像元内植被的 ,19,,。NDVI 莉娟等对绿洲的地表反照率研究发现早上的 地生长状态和植被覆盖信息相关研究表明 与 ,30, ,。30 表反照率大于相同太阳高度角的下午分析指出 可地表反照率有相关关 系马 俊 飞 等通 过 选 取 NDVI ,,能是由于绿洲内空气较为湿润夜晚风速较小气 温个典型样本点来研究地表反照率与 的相互关 ,31,,。下降形成的露水在早上增大对太阳辐射的散射所 造系发现两者呈显著的负相关关系陈云浩等和 ,32,。王鸽等分别对中国西北地区和东北地区地表反 成的 2, 2,NDVI ,照率的研究发现当 由很小开始逐渐增加时 下垫面状况对地表反照率的影响 ,, ,,地球表面复杂多变使得地表反照率差别很大地表反照率随之迅速降低此后随植被指数继续增 ,,NDVI , 0, 5 ,—,加地表反照率缓慢减少当 以后地表 从而造成了地气之间能量交换的差异直接或间 。 NDVI 。接地影响区域及全球气候反照率基本不随 的变化而变化 、,, 地表粗糙度是一个与植被类型有关的能够反 首先地表覆盖类型对地表反照率有较大影响 ,映下垫面几何结构的参数粗糙度大的地表起伏不 地表覆盖类型的季节变化直接导致了地表反照率的 ,20,,21,。,,余予等利用气象观测资料对农田 平对太阳辐射会产生多次反射从而造成反照率减 季节差异 ,,。,地表反照率进行了研究结果表明在小麦和水稻生 小因此粗糙度能够部分反映出地表反照率的变 ,,。 ,,长期内地表反照率变化相似均是先增大后减小化特征如粗糙度较小的农田和草地反照率相对较 ,,,在作物生长期间水稻田平均反照率低于小麦田反 大而粗糙度较大的林地其反照率在植被中则相对 ,21,0, 02,,照率约 成 熟 后水 稻 反 照率高于小麦反照率 。 最小,22, 0, 04。2, 3约 鲍平勇等通过遥感反演得到不同地物 土壤湿度对地表反照率的影响 ,, , , , 反照率的大小趋势裸岩 耕地 河滩 居民地 土壤湿度通过改变土壤的热性能来改变地表反 ,23, ,33,, , , Betts 。。Zhang ,草地 林地 裸土 水体等研究发现森 照率进而改变地表边界层的水热交 换 ,34,,林的地表反照率明显低于农田尤其是有积雪覆盖 : 等对半干旱地区地表反照率的研究发现干旱土 。壤的地 表反照率远远 大于刚下过雨的湿润土壤 漠下垫面的地表反照率的季节变化以及与土壤湿度 ,35,Idso 。 等提出地 表 反 照 率与土壤表层含水量呈线 的关系 ,36, 。,Wang 性关系然而等通 过 对青藏高原地区地 地表反照率的常规观测是气象站或水文站的地 ,,。表反照率的研究发现地表反照率随着土壤含水量 基单点观测一般代表范围很小通过观测得到的 ,12, ,Liu 的增加而呈现指数降低 的 趋 势等在 我 国 东 地表反照率可以作为遥感反演和陆面过程模式的参 ,13,Roxy ,北地区的研究和 等在印度喀拉拉邦地区的 考值往往可以通过实测资料结合植被特征和土壤 、研究同样得到地表反照率随着土壤湿度的增加而降 类型分布图推算得到陆面过程天气和气候模式等 。,。需要的区域平均反照率 低两者呈典型的指数关系所有研究都表明土壤 ,3, 2湿度对地表反照率有重要影响地表反照率随着土 遥感反演 、 ,遥感方法是获取大区域乃至全球地表反照率壤湿度的增加而降低并且这种变化在土壤含水量 ,41,,。小时更剧烈原因可能是土壤水分越大土壤所吸收 唯一可行的方法随着卫星遥感对地观测和信 ,,的太阳 短波辐射的比 例 越 大从而降低了地表反 息处理技术的迅速发展利用卫星遥测方法估计全 。,照率 球的行星反照率进而推算地表反照率得到广泛应 ,42,2, 4 。,气象条件对地表反照率的影响用在大气层顶卫星传感器接收到地面向上的 ( 、、) , 3 ,、在不同的气象条件如气温降水云量等下辐射能量由 部分组成即由于大气中的分子气溶 ,37, 。,地表反照率存在明显的差异陈 向 红根 据 实 测 胶作用从大气直接反射太空的大气反射辐射进入 0 ? ,资料指出当气温低于 时反照率随气温的降低 大气的太阳辐射经过地面反射辐射和大气层的削弱 ,; 0 ? ,而增大两者近于指数关系当气温高于 时反 后到达大气层顶的反射辐射以及由于大气和地面之 ; 照率随气温的变化不明显或基本不随气温变化当 。,间的多次散射而产生的向上反向散射部分因此 ,,降水量增加时地表反照率有减小趋势但 增 加 到 —遥感传感器观测的是大气地球系统对太阳短波辐 ,。一定程度或降水持续一段时间之后由于植被覆盖 射的反射晴空行星反照率与地面反照率分别表征 ,已经形成或裸土的含水量已近饱和地表反照率就 —晴天无云大气地球系统和地表面对太阳辐射的反 ,16, ,43,,44,。。Chen 不再下降而基本保持不变刘 辉 志 等研 究 发 现 射能力等研究指出行星反照率与地表 ,地表反照率日变化随天气条件的不同而不同晴天 。反照率之 间 存 在简单的线性关系从 物 理 意 义 上 “U”,日变化曲线如形雨后晴天地表反照率的日,。看行星反照率不是地表和大气反照率的简单相加 ,,变 化先低后高雪后晴天是先高后低多云天日变化,当仅考虑一次地面反射时行星反照率为地表反照 ,。,波 动较大阴天几乎没有日变化另外地表反照率。率的一次函数但若考虑到大气与地表面反照率之 ,,与 辐射波也有关系当天空有云时其遮蔽了太阳的,间的多次反射时行星反照率与地表面反照率之间 ,43,,,直 接辐射地面接收到的主要是散射辐射由于直接。应该是抛物线的 关 系建立合理的行星反照率 ,辐 射和散射辐射光谱性质存在差异因而云会对地,与地表反照率之间的关系是通过遥感图像准确反 。表 反照率产生影响 。演地表反照率的必要条件 ,卫星遥感器不能直接测量地表反照率而是来 3 地表反照率的研究方法 ( ) ,自一定方向地球系统包括地面和大气的辐射因 ,: 3, 1此遥感反演地表反照率受以下几个因素的限制? 试验观测 ; 人们对地表反照率的了解最初是通过观测得到大气对遥感数据的影响?常用的遥感器只能获取 ,38,,,,的即在地面 以 上 某 高 度用一个朝上的短波辐 有限波段的反射率值不能连续覆盖整个可见光和 ; 近红外波段?大多辐射仪只能观测偏离天顶的某 射表测量向下的太阳直接辐射加上大气对太阳光的 ,,一个或几个固定方向上的反射率而反照率是反射 半球散射用另一个朝下的短波辐射表测量地面向 。,,率对所有观测方向的积分鉴于以上限制条件用 上的半球反射辐射后者与前者通量之比即为当地 ,39, 。遥感反演地表反照率必须要对原始遥感数据进行处 的地表反照 率陈 建 绥根据观测资料得到我国 ,40, ,1,。76 理处 理 步 骤 如 图 具体各步详细介绍见文献 地表反照率的时空分布高国栋等根据我国 ,38,。个日射站观测资料并参考下垫面特征及气候特征绘 ,36, Landsat-MSS TM / 、。Wang 研究者们较早利用 卫 星 的 制了全国年月 地 表 反 照 率 分 布 图等利 ,45, ETM + Duguay,影像数据来反演地表反照率以实 用自动气象站的观测资料分析了青藏高原地区半沙 + ,ETM 测数据为基础在 影像完成地形与大气校正 的基础上建立了窄波段反照率向宽波带反照率的转 ,46, 。Laflaur 换公式等利用经过大气校正 的 遥 感 数 ,据和地面观测值建立了不同地表特征反照率估算 。的经验公式 对植被覆盖区地表反照率计算公式为 = 0, 526TM2 + 0, 362TM4 + 0, 112TM7α ρρρ ( 1) 对无植被覆盖区地表反照率计算公式为 = 0, 526TM2 + 0, 474TM4( 2) α ρρ ,47,LiangLandsat-TM 建立了用 数据估算地表反 ,照率的通用公式该公式适应于不同的大气和地面 。条件 = 0, 356TM1 + 0, 130TM3 + 0, 373TM4 α ρρρ + 0, 085TM5 + 0, 072TM7 ) 0, 0018( 3) ρρ ,38,图 1 多光谱卫星遥感反演地表反照率流程图 ,。 其中ρ 为卫星光谱波质的光谱反照率g, 1 A fowcha of mu-speca saee Filrttltrltllit ,38,1999 Terra ,随着 年 卫星的发射人们更加关注 etieved suface albedo rrr,48,49,MODIS 。MODIS 利用 数据来反演地 表 反 照 率 Terra Aqua ,是 和 卫星上都装载的重要传感器是 。演全波段 反 照 率假设下垫面各波段的反射率为 EOS , 中用于观测全球生物和物理过程的仪器,E ,E ,Eρ 相应能量为 当总入射能为 时则反射能 iir、、、具有波段多光谱宽应用广接收简单和数据更新 :表示为 ,50,。,快等优点之前利用卫星遥感资料反演地表反 E= E+ E+ … + Eρρρ( 4) r1 1 2 2 i i,照率已是一种比较成熟的方法但由卫星资料反演 ,A:则当下垫面为朗伯体时反照率为 ,的反照率的精度未能达到模型输入要求反演结果 EEE 1 2 i A =+ + … + ρρρ( 5) 1 2 i。MODIS 还没有能直接应用于陆 面 过 程 模 式反 照 E E E 率数据产品的出现使反照率直接做为应用模型的输 ,该方法计算地表反照率需要知道各波段太阳 。MODIS 入参数成 为 可 能反 演 地表反照率的相关 。 入射能在总能量中所占的权重 BRDF ,、 计算采用半经验的核驱动线性 模式由多天,自然的下垫面大多是不均匀的粗糙度也各不 16 1 1 多角度和无云大气校正反演每 天 次 的 全 球 ,。相同不存在严格意义上的朗伯体在由卫星观测 km ,—地表谱反射率再由窄带宽带转换生成三波段 ,反演地表反照率时大多辐射仪只能观测偏离天顶 ( 0, 3 : 0, 7 m,0, 7 :5 , 0 m,0, 3 :3 , 0 m) μμμ反 ,的某一个或几个固定方向上的反射率而反照率是 照。,反射率对所有观测方向的积分因此入射光和反 ,38,。 率产品“”射光的方 向 性 特 征对地表反照率的 影 响 就 不同分辨率的全球陆地表面反照率产品对于全 。,变 得 非常突出为解决这一问题使双向反射模型 。 Liang 球和 区域气候模型研 究是非常有价值 的。在反 演模型中 具 有 较高的应用前景根据反照率,51,+ m ETM 30 等研究发现由 反演的 分辨率的地表 ,:的定 义它可以表示为 MODIS 1 000 m π反照率与 反 演 的 分辨率的地表反 2 2 1 π,22, z)z,,) cossindd( =( ( 6) ρρθφθθθφ。照率有很好 的 相 关 性鲍 平 勇 等对 洛 河 流 域 同 ? π 0 0 ETM + MODIS 2 时相 和 类遥感数据反演的地表反 z,,) ( BRDF) ,z)( ( ρθφ为双向反射分布函数 ρ ?,MODIS 照率进行了对比分析发现各类地物的 反照 z 。为入射角 时的反照率因此计算反照率的关键问 ETM + ,2 率均小于 反演的反照率并得出 类传感器 ,题是如何获取双向反射分布函数然后求出半球反 。对应地物反照率转换关系 3, 3地表反照率反演模型 。BRDF 照率目前 计 算 模型较为成熟的是被称为 ,目前应用遥感反演反照率模型主要有统计模 “”“”,核驱动的计算模型所谓的核就是能,52,53,。2 统 计 模 型 反 演 地 表 型和双向 反 射 模 型 种、够定量描 述下垫面几何生理和物理特征的数理模 ,53,,54,反照率是根据各波段在太阳辐射中所占的权重来反 ,4 : ; 型其形式 分为 类? 统 计 经 验 模 型? 辐 ,55,,56,,57,; ; 。,型?几何光学 模 型?混 合 模 型因 此 5结语 BRDF “”核驱动模型即 求 解 与核之间的线性 。地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能 或非 线性关系 ,、、力太阳辐射是大气陆地海洋水分与能量循环的 ,双向反射模型虽然理论性较强但需要大量的 ,驱动力而地表辐射状况将会影响全球天气及气候 ,,连续时间序列的遥感观测数据计算速度较慢还不 。, 状况因此地表反照率是影响地球气候系统的关GCM ,能完全满足 模型的需要所以在大区域反照率 ,键变量是数值气候模式和地表能量平衡方程的一 ,,反演中统计模型还是比较实际的而且对于同一种 。IPCC : 100 个重要参数第四次评估指出近 年 ,,下垫面其物理性质随空间的分布变化很小因此统 ?( 1906—2005 0, 74) 年全球变暖的线形 趋 势 为 。计模型具有很好的移植性 ( 0, 56 : 0, 92 ? ) ,北半球高纬度地区的温度升幅较 4全球变化下地表反照率研究 。大高的地表反照率可以把更多的太阳辐射能返回 ,,,到外地球空间从而可以减缓地球增温因此人们 地表反照率是制约陆面辐射能收支的关键因 。更加关注地表反照率对气候变化的影响及响应我 ,58,,。子是陆面过程研究中的重要参数之一在全球 ,国科学家很早就开始关注地表反照率并对其进行 ,变化日益突出的今天陆面过程作为揭示气候变化 ,39,。1964 了大量的研究工作陈建绥早在 年就根据 、,的基本物理生化过程的重要手段已经成为当代气 实测资料对我国地表反照率的分布及其变化进行了,62, 。候系统和天气研究的热点之一陆面过程研究的主 。研究李英等对藏北高原地表反照率的时空分 ,63, 要目的是正确描述陆地下垫面和大气之间的辐射通 。布进行了分 析刘 晓 东 等对青藏高原的研究指 、。, 量热通量以及水汽和动量通量陆面过程模式中,出高原地区地表反照率增加是我国短期气候变化 ,,对地表反照率的计算基于陆面土地覆盖分类包含 ,的重要控制因子之一使东亚夏季风和高原夏季风 ,了许多先验的预定参数计算过程中含有许多近似 。,显著减弱随着全球变化问题的日益突出地表反 ,。 处理从而 对 地 表反照率的计算存在一定的误差。照率的时空特征和变化趋势需要更深入的研究目 ,准确的观测和反演地表反照率可以极大地完善相 ,前为止对地表反照率的研究还存在一些亟待解决 ,关陆面过程和气候模式对揭示系统间的内部运行 。和注意的问题 。,规律等具有重要意义 ( 1) 遥感数据反映的是地表综合信息与其分 ,/ ( LUCC) 辨率有关所以遥感反演的地表反照率需要实测资 土地利 用 覆 被 变 化 是 全 球 变 化 研 究 ,,料的验证由于缺乏大范围地表反照率实测资料导 ,LUCC ,的重要内容直接改变地表反照率从而对气 。致反演结果的验证很难得到保证 。,候变化产生影响之前人们认为森林可以更多地 ( 2) , 当前陆面过程模式中地表反照率作为诊CO,,固定大气中的 降低温室气体的含量从而利于 2 ,断变量由其他参数导出由于某些过程处理中的简 。,,减缓气候变暖最近研究发现在一些研究地区由 ,,化假设丢失了一些空间和光谱信息使地表反照率 , 于森林的地表反照率远远低于其他植被类型使造 。的计算存在一定的误差 ,。 林地区获得更多的太阳辐射反而加速了气候变暖,59,( 3) 地表反照率在时间和空间上存在较大的不 Betts通过研究美国北方针叶林地区造林 活 动 对 ,,确定性对其深入认识应尽可能地收集各种地表反 ,地表反照率的影响发现地表反照率的降低对气候 ,、照率资料对气象站直接观测卫星反演以及模式推 , 变化的正面效应能够抵消碳吸收产生的负面效应,算的各种数据源进行综合分析构建估算地表反照 ,60, 。Hannes 造林活动可能加快了气候变暖等的 研 。率时空变化的数学模式 : ( 250 ) ,究指出从长远角度来看年森林生长过程对 ( 4) 地表反照率对全球气候变化的影响已经逐碳吸收和改变地表反照率对气候变化所产生的综合 ,步被人们认识科学家们在进一步揭示地表反照率 ,61,。Bala ,效应是轻微的增温作用等研究发现从全 ,与全球变化相互影响机制的同时更要清楚地表反 ,球尺度考虑森林的采伐对地球气候变化产生降温 ,照率变化对全球气候变化的贡献率从而为准确预 。,LUCC 作用因此地表 反 照 率 在 对全球气候变化 。测未来气候变化提供更充分的理论依据 ,影响过程中起到关键的作用科学家们希望通过地 References) :( 参考文献LUCC 表反照率的变化来解释 对全球气候变化的影 ,1, ZhangZ hiqiang,Sun Chengquan, Advancesin global changer e- 。响机制 search of teyne ars,J,, Chinese Science Bulletin,1999,44 ( 5 ) : about idfferent land in semi-arid area,sJ,, Chinese Science Bulle- 464-477,,,, ,J,, tin,2008,53( 10) : 1 220-1 227, ,,,, 张志强孙成权全球变化研究十年新进展科 刘 辉 志涂 钢董 文 杰半 1999,44( 5) : 464-477,,,J,, ,,学通报 干旱区不 同 下 垫面地表反照率变化特 征科 学 通 报 2, Wang Shaow,uGe Quanshe,ngWangF ang,et al, Key issues on2008,53( 10) : 1 220-1 227,,, Song , J Diurnal asymmetryin surfacea lbedo,J,, Agricultural debating about thegl obal warming,J,, Advances in Earth Science, ,17, and Forest Meteorology,1998,92( 3) : 181-189, 2010,25( 6) : 656-665, ,,,,, 王绍武葛 全 胜王 芳等全 球 气 候 Li Hongyu,Zhang Qiang,Wang Sheng, Research ocnh aracteris- ,J,, ,2010,25 ( 6 ) :变暖争议中的 核 心 问 题地 球 科 学 进 展 ,18, tcs of and-surface radaton and heat budget over Ltheoes sPat- iliil 656-665,, eau of ncetral Gansuin summer,J,, Advances in Earth Science, Stroeve ,JBox J ,EGao F,et al, Accuracya ssessment MoOf DS I,3, 16-daya lbedo product fosrn ow: Comparisons with Greenland in 2010,25( 10) : 1 070-1 081,,,,, 李宏宇张强王胜陇中黄土 suit measurements,J,, Remote enSsing of Environment,2005,94 ,J,, ,高原夏季 陆 面 辐射和热量特征研 究地 球 科 学 进 展 ( 1) : 46-60, 2010,25( 10) : 1 070-1 081,, Wen Lijuan,Lü Shihua,Chen Shiqiang,et al, Observation Wang S,Grant R F,Verseghy D L,et al, A Modeling carbond y- ,4, ,19, study on iudrnal asymmetriny surfacea lbedo of oaiss in arid re- namcs of borea forest ecosystemuss ng the Canadan and surface iliil gion,J,, ActaE nergiae Solaris Sinica,2009,30 ( 7 ) : 953-956, scheme,J,, Climatic Change,2002,55( 4) : 451-477, ,,,,, 文莉娟吕世华陈世强等干旱区绿洲地表反照率不对 Sun Shufen, Physical, Biochemical Mechanism and Parametric,5, Model of LandS urfac,eM,, Beijing: Meteorological Press,2005, ,J,, 2009,30( 7) : 953-956,,,称观测研究太阳能学报 ZhangQ iong,Qian Yongfu, Monthly mean surfacael bedo esti-,, 、,M,,,20, 孙菽芬陆面过程的物理生化机理和参数化模 型 北 mated fromNC EP / NCAR reanalysis radiation data,J,, ActaG eo- : ,2005,,京气象出版社graphica Sinica,1999,54 ( 4 ) : 309-317, ,,, 张 琼钱 永 甫用 BettsA K,Ball J H, Albedo over the obreal forest,J,, Journal of 6, ,NCEP / NCAR 再分析辐射资料估算月平均地表反照 率Geophysical Research,1997,10( D24) : 28 901-28 90,9 Charney JG , Dynamics of desert and drouginht the Sahel,J,, 1999,54( 4) : 309-317,,,地理学报 ,7, ,J,,Qu arterly Journal of theR oyal Meteorological Society,Yu Yu,Li Yangyun,Tong Yingxiang,et al, Observation and a- ,21, 1975,101 ( 428) : 193-202, nalysis of surfaceal bedo of wheat andrice fields in Shouxian re- Charney J ,GStone P H,Quirk W J, Droughtin the Saharai ob- gion,J,, Climatic and Environment Research,2009,14 ( 6 ) : ,8, geographical feed back ec mhanism ,J,, Science,1975, 187 639-645,,,,,, 余予李扬云童应祥等寿县地区小麦和水稻 ( 4 175) : 430-435, ,J,, ,2009,14( 6) :田地表反照率观测分析气候与环境研究 Charney GJ ,Quirk W J,Chow SH ,et al, A comparatives study 639-645,,,9, of the effect lobfe doa change of drouginht semi-arid regionsBao Pingyong,Zhang Youjing,Gong Lu,et al, Study onc onsis- ,22, ,J,,Jo urnal of theA tmospheric Science,1977,34: 1 366-1 385, tency olaf nd surfacea lbedo obtained from ETM + and MODIS Curry J A,Schramm J, LEbert E E, Sea-ice albedo climate ,J,, Journal of Hohai University ( Natural Sciences) ,2007,35 ,10, feedback ecmhanism,J,, Journal of C limate,1995,8 ( 2 ) : ( 1) : 67-71,,,,,, 鲍平 勇张 友 静贡 璐等由遥感数据获取的 240-247, ,J,, : 地表反照率归 一 化 问 题 探 讨河 海 大 学 学 报自 然 科 学 Bloch M R, Dust-induced albedo changes poofl ar ice sheets and 2007,35( 1) : 67-71,,,版 ,11, glacierization,J,, Journal of Glaciology,1964,5 ( 38 ) : 241- ,23, BettsA K,Desjardins R L,Worth D, Impact of argiculture,for- 244, est andc loud feedback on the surface energy budin BgeORtE AS Liu H Z,Wang B M,Fu C B, Relationships between surfacale- ,J,, Agricultural and Forest Meteorology,2007,142( 214) : 156- ,12, bedo,soil thermal parameters andsoi l moisture in the semi-arid 169, area of Tongyu,Northeastern h iCna,J,, Advances in Atmospheric ,24, Harding R J,Pomeroy WJ , The energya lbance of thew inter bo- Sciences,2008,25( 5) : 757-764, real landscape,J,, Journal of Climate,1996,9 ( 11 ) : 2 778- Roxy M S,Sumithranand V B,Renuka G, Variability of siol 2 787, ,13, moisture and its relationship with surfacea lbedo and thermal dif- Robinson D A,Kukla G, Albedo of ad issipating snow cvoer,J,, ,25, fusivity at astronomical observatory,Thiruvananthapuram,South Journal Climatology Applied Meteorology,1984,23( 12) : 1 626- Kerala,J,, Journal Earth System Science,2010,119( 4) : 507- 1 634, 513, Warren SG , Impurities in snow: Effects onal bedo and snowmelt ,26, Zhang Q,Cao X,Wei G, Observation and study olafn d surface ,J,, Annals of Glaciology,1984,5: 177-179, ,14, parameters oveGor bi in typical arid region,J,, Advances in At- Nolin A W,StroeveJ , The changing albedo of theG reenland ice ,27, mospheric Sciences,2002,19( 1) : 121-134, sheet: Implications for climate modeling,J,, Annals of Glaciolo- Bao Y,Lu S,Zhang Y,et al, Improvement of surfacea lbedo gy,1997,25: 51-57, ,15, simulations over arid regions,J,, Advances in Atmospheric Sci- Yang Qnghua,Zhang Zhanha,Lu Jpng,et a, Revew of sea iiiiili,28, ences,2008,25( 3) : 481-488, ice albedo parameterizations,J,, Advances in Earth Science, Liu Huizhi,Tu Gang,DongW enjie, Variation of surfaceal bedo 2010,25( 1) : 14-21,,,,,, 杨清华张占海刘骥平等海冰反照,16, J,, ,2010,25,MOD09-SurfceR eflectance,Z / OL,, http: modis, gsfc, nasa,,41, 率 参数化的研究回 顾地 球 科 学 进 展 ? gov / data / dataprod / index, php,2011, ( 1) : 14-21,, Jang , Progress in the research of snow acnde a bedo,J,, iXiil,29, ,42, Geleyn J F,Preub H J, A new data set otefll istea-derived sur- face labedo values for operational use atE CMWF,J,, Archives for Journal of Glaciology and Geocryology,2006,28 ( 5 ) : 728-738, ,, ,J,, ,2006,28 ( 5 ) :Meteorology Geophysics and Bioclimatology,1983,32 ( 4 ) : 353- 蒋熹冰雪反照率研 究 进 展冰 川 冻 土 359, 728-738,, Zhu Changhan,Zhu Fukang,Liu Yujie, On the relationship be- Ma Junfei,Yang Taibao, The relationship betweenl and surface ,30, ,43, tweenc lear-sky planetary and surfacael bedos over theQ inghai- albedo and land use type—A case studyQ aiodfa m Basin,J, Xizang Planteau,J,, Acta Meteorologica Sinica,1993,51 ( 1 ) : Journal of Northwest Normal University( Natural Sciences) ,2005, 57-65,,,,, 祝昌汉朱福康刘玉洁青藏高原晴空行星反照率 41( 3) : 79-83,,,, 马俊飞杨太保地表反照率与土地利用类 ,J,, 1993,51( 1) : 57-,与地面反照率关系的研究气象学报 ———,J,, : 型的关系以柴达 木 盆 地 为 例西 北师范大学学报 65,,2005,41( 3) : 79-83,,,自然科学版 Chen T S,OhRring G, On the relationship betweenc lear-sky ChenY unhao,Li Xiaobing,Xie Feng, Study on surfacaleb edo ,31, ,44, planetary and surfacael bedos,J,, Journal of theA tmospheric Sci- distribution over Northwesth inCa using remotes ensing technique ence,1984,41( 1) : 156-158, ,J,, Scientia Geographica Sinica,2001,21 ( 4 ) : 327-333, ,陈 DuguayR , Estimating surface reference aandlbe do froml andsat- ,45, ,,, 云浩李晓兵谢锋我国西北地区地表反照率的 遥 感 研 究 5 thematic mapper over ruggeterrda in,J,, Photogrammetric En- ,J,, 2001,21( 4) : 327-333,, ,地理科学gineering and RemoteSe nsing,1992,58( 5) : 551-558, Wang Ge,Han Lin, The distribution of surfaceal bedo in North- ,32, Lafaur P M,Bruce Wurtele A,Duguay C R, Spatial and tempo- east,J,, Journal of Shenyang Agricultural University,2009,40 ,46, ral variations in surfacea lbedo of a usbarctic landscape using sur- ( 4) : 417-420,,,, 王鸽韩琳东北地区地表反照率时空 分 布 face based measurements and remosensnteg, J,, Arctc and Al- ii,J,, ,2009,40( 4) : 417-420,,研究沈阳农业大学学报 pine Research,1997,29( 3) : 261-269, ,33, GuanX D,Huang J P,Guo N,et a, arabty of so mosturelViiliiliLiang Shunlin, Narrowband to broadbcaondnve rsions of land sur- and ts reatonshp with surfacea bedo and so therma parame- iliilill,47, face labedo I: Algorithms,J,, Remote e nSsing of E nviroment, ters over theLo es sPlateau,J,, Advances in Atmospheric Sciences, 2000,76( 2) : 213-238, 2009,26( 4) : 692-700,Wang Kaicun,Liu Jingmiao,Zhou Xiuji,et al, Retrieval of the ZhangQ ,Huang R H, Parameters oafn d-surface processe fsor l,34, ,48, surfacea lbedo under clear sky over hCina and its characteristics Gobi in North-west hCina,J,, Bound-Layer Meteorology,2004, analysis by using MODS satellite data,J,, Chinese Journal of I110( 3) : 471-478, Atmospheric Sciences,2004,28 ( 6 ) : 941-949, ,,王 开 存刘 晶 Idso S B,JacksonR D,Reginato R J,et al, The dependenocf e ,35, ,,, MODS I淼周秀骥等利用 卫星资料反演中国地区 晴 空 地 bare soil albedo on siol waterc ontent,J,, Journal of Applied Me- ,J,, ,2004,28 ( 6 ) :表短波反照率及其 特 征 分 析大 气 科 学 teorology,1975,14( 1) : 109-113, 941-949,,Wang K C,Wang P C,Liu J M,et al, Variation of surfaceal be- ,36, ZhangJ e,Zhang Qang,Guo N,et a, Retreva of the and iiililldo and s oil thermal parameters with soil moisture content at a ,49, surface albedo over arid oasis of Northwest hiCna from EOS-MO- semi-desert site on the westerTnib etan Plateau,J,, Bound-Layer DS data,J,, Chinese Journal of Atmospheric Sciences,2005,29 IMeteorology,2005,116( 1) : 117-129, ( 4) : 510-517,,,,,, EOS-MODIS 张杰张强郭妮等应用 卫 Chen Xianghong, Relationship between surfacaelb edo and some ,37, ,J,, ,星资料反 演西北干旱绿洲的地表反 照 率大 气 科 学 meteorological facters,J,, Journal of Chengdu nstitute of Meteor- I 2005,29( 4) : 510-517,,ology,1999,14( 3) : 233-238, ,, 陈 向 红地 面 反 射 率 与 若 干 Qu Hui,Chen Shengbo, The application prospect of moderate- ,J,, ,1999,14气象因子关系的初步分析成都气象学院学报 ,50, resolusion imaging spectroradiometer( MODS) data in earths ci- I ( 3) : 233-238,,ence,J,, World Geology,2002,21( 2) : 176-180, ,,曲辉陈圣 Wang Jiemin,Gao Feng, Discussion on the rpoblems on land,38, , ( MODIS) 波中分辨率成像光 谱 仪 数据在地学中的 应 用 前 surfacea lbedo retrieval by remotes ensing data,J,, Remote enSs- ,J,, 2002,21( 2) : 176-180,,,景世界地质 ing Technology and Application,2004,19 ( 5 ) : 295-300, ,王 介 Liang Shunlin,Chen J S,Andrew L R,et al, Narrowbandto ,, ,J,, 民高峰关于地表反照率遥感反演的几个问 题遥 感 ,51, broadbandc onversions of land surfacea lbedo ( ) : Validation? 2004,19( 5) : 295-300,,,技术与应用 ,J,, Remotee nSsing of Enviroment,2003,84( 1) : 25-41, ChenJ iansui, Distribution and change of surfacalbee do in China ,39, Liang Wenguan,gZhaoY ingshi, A new method of surfacalbee do ,J,, ActaG eographica Sinica,1964,3 ( 2 ) : 85-93, ,, 陈 建 绥中 ,52, inverse model based on energtrya nsmission,J,, Remote enSsing ,J,, ,1964,3 ( 2 ) : 85-国地表反射率的分布及变化地理学报 for Land , Resources,2007,71( 1) : 53-56,,,梁文广赵英 93,,, J,, ,时基于能量的地表反照率遥感反演方法研究国 土 资 源 ,40, Gao Guodo,ngLu Yurong, Chnese Physcs Cmate Atas,Z,, iilil2007,71( 1) : 53-56,,,遥 感 Beng: Chna Agrcuture Press,1981, ,,,ijiiil高国栋陆渝 蓉 中 Xu Xngku,Lu Suhong, Dervng monthy means surfacaeb edoiiiiill ,Z,, : ,1981,,,53, 国物理气候图集北京中国农业出版社 of China,J,, Acta Meteorologica Sinica,2002,60 ( 2 ) : 215- 575-585,, BettsR A, Offset of theo tpential carbons ink from boreal foresta- 221,,,, 徐兴奎刘素 红中 国 地 表 月 平 均反照率的遥感反演 ,59, tion by decrease s in surface a lbedo,J,, Nature,2000,408 ,J,, 气象学报,2002,60( 2) : 215-221,, ( 6 809) : 187-190,Walthall C L,Norman J M,Welles J M,et al, Simple equation ,54, Schwaiger H P,David N B, Integration of albedo effects ucsaed to approximate the bidirectional reflectance from vegetation cano- ,60, by land use changien to the climate balance: Should we still ac- pies and bares oil surface,sJ,, Applied Optics,1985,24 ( 3 ) : 383-387, countin greenhouse gasu nits? ,J,, Forest Ecology and Manage- Roujean J L,Latoy M,DeschampsP Y, A bidirectional reflec- ment,2010,26( 3) : 278-286, ,55, tance model of the Earth' s surface for cothe rrect ion of r emote Bala G,Caldeira K,Wickett M,et al, Combined climate and ,61, sensing data,J,, Journal of Geophysical Research,1992,97: carbon-cycle effects olf ar ge-scale deforestation ,J,, PNAS, 20 455-20 468, 2007,104( 16) : 6 550-6 555, Li Ying,Hu Zeyong, A preliminary study onla nd surfacea lbedo X,Strahler A H, Geometric-optical bidirectional reflectance,62, ,56, Li in NorthernT ibetan Plateau,J,, Plateau Meteorology,2006,25 modeling of thed iscrete crownv egetation canopy: Effect orfo cwn shape and umtual shadowing,J,, IEEE Transactions Geoscience ( 6) : 1 034-1 041,,,, 李英胡 泽 勇藏北高原地表反 照 率 的 Remotee nSsing,1992,30( 2) : 276-292, ,J,, 2006,25( 6) : 1 034-1 041,,,初步研究高原气象 David L B,Alan Strahler, Image brightness , BRDF workshop Liu Xiaodong,Ma Zhuguo, An important causele ading to short-,57, ,63, term climatic variation in China—The changein the surfacael be- issues,J / OL,, http: www, eoc, csir, au Jupp,D, L, B,1996,? do in Tibetan Pleteau,J,, Journal of Tropical Meteorology, Wen Jun,Lan Yongchao,Su Zhongb,oet al, Advancesin obser- ,58, vation and modeling of land surface rpocesse sover thes ource re- 1996,12( 3) : 240-245,,,, 刘 晓 东马 柱 国中 国 短 期 气 候 变 gion of theY ellow River,J,, Advances in Earth Science,2011, ———,J,, 化的一个重要原因青藏高原地表反射率的变 化热 1996,12( 3) : 240-245,,,26( 6) : 575-585,,,,,, 带气象学报 文军蓝永超苏中波等黄河源区陆面过 ,J,, ,2011,26 ( 6 ) :程观测和模拟研究 进 展地 球 科 学 进 展 Research Progress on SurfaceAlbedo under Global Change 1,2 1 1 Xiao Dengpan,Tao Fulu,Moiwo Juana P ( 1, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,CAS,Beijing 100101,China; 2, Graduate University of Chinese Academy Sofci ences,Beijing 100049,China) Abstact: Surfacea lbedo is a critical consideration for energya lbance at thel and-air interface, It determines r the allocation of radiant energy between teahert h' s surface andatm osphere, Changesin surfacea lbedo affectt he energy ablance of land-air system,which could in turn lead to climate change, Land Use / Cover Change( L UCC) is an important element of global climate change, LUCC affects surfacealb edo,and thus climate change, Surface albedo is controlled by solar elevation angle,land surfacen ature,soil moisture,weather condition,etc, This paper presents an in-depth review of the rdiving factors of surfaceal bedo, Conventional observations of surfaceal bedo are point-based,and therefore havelim ited spatial representation, On the other han,sdurfacea lbedo retrieved by Re- mote eSnsing ( RS) could have al arge spatial representation, However,RS-driven surfacea lbedo needsv alidation by ground-truthob servations, Hencet his paperr eviews and epitomizes observational and RS-basedan alyses surface albedo, It also summarizes research rogpress in surfacea lbedo in relation to global climate, Moreover,this review highlights the strengt,hsweaknesses and futureire ctidons of surface-albedo / climate-change research, The points documentedhe rein could profoundly augment currentund erstanding aboutg lobal climate change andre lated driving factors, Key words: Global change; Surfacea lbedo; LUCC; Remotes ensing,