集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

刘翔舸; 王鹏新; 唐伯惠; 黄健熙; 陶欣

doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

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集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

刘翔舸, 王鹏新, 唐伯惠, 黄健熙, 陶欣

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刘翔舸, 王鹏新, 唐伯惠, 黄健熙, 陶欣. 集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究[J]. 电子科技大学学报, 2014, 43(3): 393-399. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

引用本文:

LIU Xiang-ge, WANG Peng-xin, TANG Bo-hui, HUANG Jian-xi, TAO xin. Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2014, 43(3): 393-399. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

Citation:

LIU Xiang-ge, WANG Peng-xin, TANG Bo-hui, HUANG Jian-xi, TAO xin. Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2014, 43(3): 393-399. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

1.
中国农业大学信息与电气工程学院北京海淀区 100083;
2.
中国科学院地理科学与资源研究所北京朝阳区 100101;
3.
美国马里兰大学帕克分校地理科学系美国马里兰帕克大学城 20742

基金项目:

国家自然科学基金(40901161)

详细信息

作者简介:
刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

中图分类号: TP79

Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method

1.
College of Information and Electrical Engineering,China Agriculture University Haidian Beijing 100083;
2.
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chaoyang Beijing 100101;
3.
Department of Geographical Sciences,University of Maryland Maryland College Park USA 20742

摘要: 采用了顺序同化方法，利用集合卡尔曼滤波(EnKF)耦合一个简单陆面过程模型，从而完成了改善地表水热通量估算精度的研究工作. 在建立同化系统的过程中，对同化系统的模型误差进行了探讨和设定，并通过已建立的同化系统对EnKF中的集合大小设定进行了试验. 利用山东禹城试验站提供的站点实测数据与MOD16产品数据，进行同化系统的驱动和通量结果的验证. 结果表明，以EnKF方法的数据同化系统能较好地完成对地表水热通量的估算，通过与MODIS ET(MOD16A2)产品的对比试验，证明该方法具有一定的稳定性和适用性，能较准确地对地表水热通量进行估算.
- 集合卡尔曼滤波 /
- 陆面过程模型 /
- 地表温度 /
- 顺序滤波的同化 /
- 地表水热通量
Abstract: Nowadays, more attention has been focused on the estimation of the land surface turbulent fluxes (sensible and latent heat fluxes) with data assimilation method. In this study, a sequential data assimilation scheme is developed based on the concept of the Ensemble Kalman filter (EnKF). It assimilates land surface temperature into a simple land surface model which based on the energy balance theory for the estimation of surface turbulent fluxes. Moreover, from the perspective of error estimation, the simple schemes for estimating model errors and ensemble size are discussed. After construction of the assimilation system, the several numerical experiments tested by Yucheng cropland site in the province of Shandong. Results show that the land surface turbulent fluxes can be retrieved with satisfactory accuracy by using our method(compared to MODIS ET products(MOD16A2), the RMSE of ET results are dropped from 4.18mm to 2.99mm), which indicate the availability of our method in the prediction of surface turbulent fluxes.
- ensemble Kalman filter /
- land surface model /
- land surface temperature /
- sequential assimilation /
- surface turbulent fluxes

[1]	李文强, 王强, 李彦, 任代祥. 一种近似响应面模型的链轮优化设计方法 . 电子科技大学学报, 2019, 48(2): 288-295. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2019.02.020
[2]	孙伟, 段顺利, 闫慧芳, 丁伟. 基于卡尔曼平滑的AWKNN室内定位方法 . 电子科技大学学报, 2018, 47(6): 829-833. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.06.005
[3]	宋召青, 王康. 基于后向差分Delta算子的卡尔曼滤波算法及其仿真 . 电子科技大学学报, 2016, 45(5): 767-771. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.05.010
[4]	周瑞, 袁兴中, 黄一鸣. 基于卡尔曼滤波的WiFi-PDR融合室内定位 . 电子科技大学学报, 2016, 45(3): 399-404. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.02.015
[5]	张民, 贾海涛, 沈震. 基于遗传算法改进的粒子滤波重采样模型 . 电子科技大学学报, 2015, 44(3): 344-349. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2015.03.005
[6]	陈淑仙, 田鹤, 秦文峰, 李梦, 杨文锋, 唐庆如. 树脂基复合材料固化过程中的温度和热应力场三维瞬态分析 . 电子科技大学学报, 2014, 43(4): 547-551. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.04.013
[7]	阎彬, 陈建军, 马洪波. 随机弹性杆在随机瞬态温度场下的热响应分析 . 电子科技大学学报, 2012, 41(4): 631-636. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.04.030
[8]	陈金广, 李洁, 高新波. 双重迭代变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波算法 . 电子科技大学学报, 2012, 41(3): 359-363. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2012.03.006
[9]	张治国, 黄建国, 刘震. 小波采样的滤波算法研究 . 电子科技大学学报, 2010, 39(6): 900-905.
[10]	陈培, 杨颖, 王云, 陈杰. 扩展卡尔曼滤波估计载波参数的算法研究 . 电子科技大学学报, 2009, 38(4): 509-512. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2009.04.008
[11]	李金海, 巴晓辉, 陈杰. 三阶卡尔曼滤波数字锁频环设计及性能分析 . 电子科技大学学报, 2008, 37(5): 677-680,729.
[12]	张利勋, 代志勇, 欧中华, 廖云, 刘永智, 彭增寿. 喇曼温度传感器的一种改进解调方法 . 电子科技大学学报, 2007, 36(1): 134-136.
[13]	陈俊, 汪学刚. 高效实时的抽取滤波器的FPGA实现 . 电子科技大学学报, 2005, 34(6): 755-758.
[14]	王艳, 孙琳满, 杨忠直. 集合竞价过程中信息揭示的理论分析 . 电子科技大学学报, 2005, 34(6): 861-864.
[15]	刘知贵, 蒲洁, 黄正良. 非线性大工业过程稳态模型的强一致性分析 . 电子科技大学学报, 2004, 33(3): 273-277.
[16]	李忻, 聂在平. 交叉耦合模型及其在腔体滤波器中的实现 . 电子科技大学学报, 2004, 33(4): 364-367.
[17]	高晴, 柳钦火, 黄海洋. 地表温度过程的时间序列分析 . 电子科技大学学报, 2004, 33(3): 282-284.
[18]	郁伯康, 郁梅. 彩色图像滤波的新方法 . 电子科技大学学报, 1999, 28(1): 14-19.
[19]	刘知贵, 黄正良. 大工业过程稳态模型的分散辨识 . 电子科技大学学报, 1999, 28(3): 286-290.
[20]	杨朝斌, 徐继麟, 黄香馥. SAW滤波器等效电路模型参数的精确计算法 . 电子科技大学学报, 1997, 26(1): 40-43.

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集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

1. 中国农业大学信息与电气工程学院北京海淀区 100083;

2. 中国科学院地理科学与资源研究所北京朝阳区 100101;

3. 美国马里兰大学帕克分校地理科学系美国马里兰帕克大学城 20742

基金项目:

国家自然科学基金(40901161)

作者简介:
刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

收稿日期: 2013-03-13
修回日期: 2013-07-25
刊出日期: 2014-06-15

中图分类号: TP79

关键词:

摘要: 采用了顺序同化方法，利用集合卡尔曼滤波(EnKF)耦合一个简单陆面过程模型，从而完成了改善地表水热通量估算精度的研究工作. 在建立同化系统的过程中，对同化系统的模型误差进行了探讨和设定，并通过已建立的同化系统对EnKF中的集合大小设定进行了试验. 利用山东禹城试验站提供的站点实测数据与MOD16产品数据，进行同化系统的驱动和通量结果的验证. 结果表明，以EnKF方法的数据同化系统能较好地完成对地表水热通量的估算，通过与MODIS ET(MOD16A2)产品的对比试验，证明该方法具有一定的稳定性和适用性，能较准确地对地表水热通量进行估算.

English Abstract

Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method

1. College of Information and Electrical Engineering,China Agriculture University Haidian Beijing 100083;

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chaoyang Beijing 100101;

3. Department of Geographical Sciences,University of Maryland Maryland College Park USA 20742

Received Date: 2013-03-13
Rev Recd Date: 2013-07-25
Publish Date: 2014-06-15

Keywords:

Abstract: Nowadays, more attention has been focused on the estimation of the land surface turbulent fluxes (sensible and latent heat fluxes) with data assimilation method. In this study, a sequential data assimilation scheme is developed based on the concept of the Ensemble Kalman filter (EnKF). It assimilates land surface temperature into a simple land surface model which based on the energy balance theory for the estimation of surface turbulent fluxes. Moreover, from the perspective of error estimation, the simple schemes for estimating model errors and ensemble size are discussed. After construction of the assimilation system, the several numerical experiments tested by Yucheng cropland site in the province of Shandong. Results show that the land surface turbulent fluxes can be retrieved with satisfactory accuracy by using our method(compared to MODIS ET products(MOD16A2), the RMSE of ET results are dropped from 4.18mm to 2.99mm), which indicate the availability of our method in the prediction of surface turbulent fluxes.

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doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

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刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

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1. 中国农业大学信息与电气工程学院北京海淀区 100083;

2. 中国科学院地理科学与资源研究所北京朝阳区 100101;

3. 美国马里兰大学帕克分校地理科学系美国马里兰帕克大学城 20742

作者简介:
刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

English Abstract

Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method

1. College of Information and Electrical Engineering,China Agriculture University Haidian Beijing 100083;

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chaoyang Beijing 100101;

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作者简介: 刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

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集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2014.03.013

1. 中国农业大学信息与电气工程学院 北京 海淀区 100083; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所 北京 朝阳区 100101; 3. 美国马里兰大学帕克分校地理科学系 美国 马里兰帕克大学城 20742

作者简介: 刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

English Abstract

Estimating Surface Turbulent Fluxes by Using by Ensemble Kalman Filter Method

1. College of Information and Electrical Engineering,China Agriculture University Haidian Beijing 100083; 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chaoyang Beijing 100101; 3. Department of Geographical Sciences,University of Maryland Maryland College Park USA 20742

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刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

1. 中国农业大学信息与电气工程学院北京海淀区 100083;

2. 中国科学院地理科学与资源研究所北京朝阳区 100101;

3. 美国马里兰大学帕克分校地理科学系美国马里兰帕克大学城 20742

作者简介:
刘翔舸(1984-),博士生,主要从事数据同化与定量遥感方面的研究.

1. College of Information and Electrical Engineering,China Agriculture University Haidian Beijing 100083;

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chaoyang Beijing 100101;

3. Department of Geographical Sciences,University of Maryland Maryland College Park USA 20742