《基於GNSS-R地表雪水當量測量的關鍵問題研究》是依託武漢大學，由余科根擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於GNSS-R地表雪水當量測量的關鍵問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余科根
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地表積雪量的變化會影響全球氣候系統和生態系統。因而在全球範圍內實現對地表積雪量連續可靠的觀測具有重要意義。雪水當量是積雪量的衡量單位，等於積雪厚度和積雪密度的乘積。雖然有幾篇出自於同一作者的利用低價經濟的全球導航定位系統反射學（GNSS-R）技術測量雪水當量的論文，但還沒有看到利用世界各地已經建立的GNSS連續運行基準站記錄的數據估計雪水當量的報導。本項目提出兩種新穎的利用GNSS-R技術和連續運行基準站數據獲得高時空解析度雪水當量估計方法。這兩種方法都是通過對反射信號建模分析，利用反射信號信噪比和相位組合數據準確估計積雪厚度。第一種方法通過建立積雪厚度和積雪密度之間的數學關係，利用積雪厚度估計直接計算積雪密度。第二種方法則分別利用時域信號強度匹配和頻域幅頻特性匹配估計積雪密度，並融合兩種不同方案的結果。預計這兩種方法將顯著提高地表雪水當量估計性能，為科學研究和政策制定提供更為準確的信息。
結題摘要
準確地測定區域、全球範圍內積雪厚度、雪水當量隨時間的變化可以為氣候變化、政策制定、水資源管理等提供可靠的科學依據。傳統的測量方法費時耗力且經濟成本高；利用現有數千個且在不斷增加的分布於寒冷地區的GNSS站觀測數據，基於GNSS-R技術有望實現廉價、有效、可靠的高時空解析度積雪厚度、雪水當量監測。本項目基於普通測地型GNSS接收機的觀測數據，研究了利用GNSS-R技術測量地表積雪厚度、雪水當量的方法。項目主要研究內容包括：積雪的電磁物理特性及其對GNSS反射信號的影響；GNSS干涉信號的建模；GNSS觀測數據測量噪聲抑制與干擾信號消除方法；積雪厚度與雪水當量經驗模型的建立；高精度積雪厚度、雪水當量估計方法與數據融合方法。項目提出了基於中值濾波的觀測數據噪聲抑制方法、基於單頻/雙頻偽距和載波相位組合的積雪厚度測量方法、基於主頻功率譜密度的多星積雪厚度測量數據加權融合方法、基於SNR觀測值的雪水當量估計方法等，利用50萬組實測數據建立了“積雪厚度—雪水當量”經驗模型。研究結果表明：在地形平坦、環境開闊的野外條件下，SNR方法、單頻/雙頻偽距載波相位組合方法的積雪厚度測量精度一般在2-5cm範圍內；相對於一般平均方法，項目提出的多星積雪厚度測量數據加權融合方法可有效提升積雪厚度測量精度（15%-30%）；根據雪水當量隨積雪厚度在不同時期的變化特徵，將全年降雪過程分為了三個時期（降雪期、過渡期和融雪期）並分別建立了積雪厚度轉換為雪水當量的經驗模型；當雪水當量最高可達80cm時，基於積雪厚度加權融合方法和雪水當量經驗模型的GNSS-R雪水當量測量精度優於4cm。和原有GNSS-R雪水當量測量方法相比精度提高了35%。項目的開展證明了使用GNSS-R這一新興、廉價的技術進行積雪厚度、雪水當量測量的可靠性和準確性，以及利用已經建立的而且在不斷擴大的GNSS連續運行基準站網路進行高時空解析度積雪監測的可行性。這對氣候變化研究、氣象預警和災害預防等方面都具有非常重要的科學意義和實用價值。
