[发明专利]一种近地表气温估算方法、系统、存储介质及设备

说明书

本发明属于近地表气温估算技术领域，公开了一种近地表气温估算方法、系统、存储介质及设备，获取与近地表空气温度相关4个的必选卫星数据反演参数和地面气象站点可以获取的7个备选参数，并对数据进行预处理；采用快速傅里叶变换将各类观测要素的时间序列信息进行快速转换，提取与气象站点气温相关的气象要素间的公共周期；构建长短期记忆神经网络LSTM，并将得到的公共周期与估算时间作为数据组对长短期记忆网络进行训练，得到估算温度；确定估算模型精度评价指标，构建基于FFT‑LSTM神经网络的气温估算模型，估算近地表气温，并对模型进行精度评价。本发明使得模型有较好的估算效果和较高精度，弥补气象站点区域分布不均的缺陷。

技术领域

本发明属于近地表气温估算技术领域，尤其涉及一种近地表气温估算方法、系统、存储 介质及设备。

背景技术

近地表空气温度一般是指距离地表约2米高左右的温度，它是气候变化研究里一个非常 重要的参数[Sun,Y.J.,Wang J.F.,Zhang,R.H.,Gillies,R.R.,Xue Y.and BoY.C.,Air temperature retrieval from remote sensing data based onthermodynamics.Theoretical and Applied Climatology,2005,80:37-48.]。近地表气温(以下简称气温)，是陆表能量平衡中的重要气候参 数，是气象观测中重要观测要素之一。全球气候变化对自然生态环境产生严重破坏，而且对 人类社会造成了严重影响。研究发现，近30年来全球升温速率异常远远大于其他时期，全球 变暖将会继续，极端事件将会增加，整体带来的影响也会更加显著。上世纪90年代以来，中 国气温异常升高和极端气候事件有所增加，由此引发高温事件所带来的影响给人民生命安全 和社会经济发展带来了危害。

一些学者对气温估算进行研究，提出了不同的近地表气温估算模型。目前，在气候变化 研究里公知的三种获得近地表空气温度的方法，一是基于能量平衡的物理方法。物理方法需 要空气动力学阻抗，以及地表状态(包括水，土壤和植被的状态等)，这几个参数非常难以获 取[Sun,Y.J.,Wang J.F.,Zhang,R.H.,Gillies,R.R.,Xue Y.and Bo Y.C.,Airtemperature retrieval from remote sensing data based onthermodynamics.Theoretical and Applied Climatology,2005, 80:37-48.]；另外一个方法就是经验方法[Boyer,D.G.,Estimation ofdaily temperature means usingelevation and latitude in mountainous terrain,Water Resource Bull 4,1984,583-588.]。经验 方法就是利用GIS(Geographic Information System)气象站点获得的近地表空气温度进行插 值得到近地表空气温度的分布图。当气象站点不是很多而且不是均匀分布(特别是在山区) 的时，插值得到的结果不是非常好。三是毛克彪等利用ASTER数据的地表温度和发射率作 为先验知识，从ASTER数据中反演近地表空气温度，但ASTER数据波段分辨率比较高，很 难满足目前的需求。另外就是波段设置得不是非常合理，精度有待进一步提高[Mao,K.,Tang, H.,Wang,X.F.,Zhou,Q.B.,Wang,D.L.,Near-Surface AirTemperature Estimation From ASTER Data Using Neural Network,InternationalJournal ofRemote Sensing,2008,29(20):6021-6028.]。 但由于各种条件的限制，目前普遍采用的是经验方法[Burrough,P.A.,Mc Donnell R.A., Principles ofgeographicalinformation systems.NewYork:Oxford University Press,1998.]。