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青藏高原首个长时序、完整冻融循环的L波段微波辐射计观测数据集发布

近日，荷兰特文特大学地理信息科学与地球观测学院（ITC）Bob Su（苏中波）教授课题组和成都信息工程大学文军教授课题组在“Nature Scientific Data”上以论文形式发布了“青藏高原地基L波段微波辐射计（ELBARA-III）地表亮温观测数据集”。该数据集可用于推进对青藏高原微波辐射传输过程、陆面过程及地表冻融过程的深入认识。

图1 玛曲ELBARA-III微波辐射计初步运行，日月同辉（图片来源：王欣）

土壤水分作为陆地蒸散发的来源，在地球系统的水、能量和碳循环中起着关键作用。近年来，欧洲航天局（ESA）发射的土壤水分和海洋盐度观测卫星（SMOS）和美国国家航空航天局（NASA）发射的土壤水分主被动观测卫星（SMAP）提供了近乎日尺度时间分辨率和粗空间分辨率的全球土壤水分产品。但目前的业务平台主要基于有很多经验性假设的简单辐射传输模型，反演中地表粗糙度问题以及植被在微波辐射中的代表性问题仍未解决。因此，不同土壤水分产品之间存在很大的不确定性和不一致性，这阻碍了它们在气候变化研究中的应用。更为复杂的是，当陆地表面经历冻融变化时，随着季节性土壤水、冰的相互转换，微波观测到的信号会立刻随之变化。而对于这种情况，目前的卫星反演只能提供土壤冻或者融两种状态的二进制信息。如果能将卫星观测与真实的地表状况连接起来，将帮助我们更加有效地利用这些卫星观测数据。

为推进对以上科学问题的深入探究，欧洲航天局为Bob Su教授提供了一套地基L波段微波辐射计(ELBARA-III)，用于青藏高原玛曲地区土壤水分和温度的长期观测。2014-2016年间，由郑东海博士（现中国科学院青藏高原研究所研究员）和王欣博士（中国科学院西北生态环境资源研究院）等科研人员于2014年选定地基L波段微波辐射计的观测点，2015年年底完成微波辐射计的安装和调试（图1），在2016年建成微气象、地表通量和土壤温湿度剖面的配套观测。

结合玛曲站点观测的地表辐射、空气温度、降水和土壤温湿度数据，文中列举分析了ELBARA-III观测的双极化亮温在冬季（图2a）和季风期（图2b）的季节性变化。结果显示地面观测的L波段亮温信号及时反映了地表状况的变化，其一致性和稳定性深刻阐明了这套地表亮温数据的科学可靠性。

图2 ELBARA-III L-波段双极化亮温季节性变化 （来源：Su et al., 2020, Scientific Data）

该数据集的发展得到了欧空局ELBARA-III科学支持协议（EOP-SM/2895/TC-tc）、龙计划第四期计划（监测第三极环境下气候尺度上的水、能量循环）、荷兰科研组织项目（ALW-GO/14-29）、国家重点研发项目（2018YFA0605400）、国家自然科学基金（41971033）和中央高校基础研究基金（300102298307）的资助。

文章信息：Su Z, Wen J, Zeng Y, Zhao H, Lv S, van der Velde R, Zheng D, Wang X, Wang Z, Schwank M, Kerr Y., Yueh S., Colliander A., Qian H., Drusch M., Mecklenburg S. Multiyear in-situ L-band microwave radiometry of land surface processes on the Tibetan Plateau. Scientific Data. 2020 Sep 30; 7(1):1-3.

论文链接: https://rdcu.be/b7TVZ

数据链接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/e883a642-6219-4a3e-9954-a89838d58647/

数据背后的精彩故事英文版链接：https://researchdata.springernature.com/posts/rooting-satellite-observations-on-the-tibetan-plateau