干旱区典型河流近40%水资源来自山区融雪水，山区融雪水模拟与评估是近年水资源的热点之一，雪水当量遥感估算则是干旱区稀缺站点的山区水资源模拟的重要发展方向之一。研究表明：光学遥感对积雪面积反演效果较好，但受到成像波段限制和云的影响，估算的雪水当量存在一定局限性；微波遥感的穿透能力对雪水当量估算有很大优势，而其空间分辨率较低。本项目利用前期建设的天山山区观测站点，在非均匀下垫面与积雪物理特性内在关系观测实验的基础上，改进积雪深度计算方法，构建温度梯度指数的积雪深度遥感动态反演模型，结合MODIS、AMSR-E和MWRI遥感信息，尝试光学-被动微波融合反演山区雪水当量，分析研究雪水当量的时空变化规律，为新疆天山雪水资源评估和冰雪水文模拟提供参考依据。
2014-01多年冻土和季节冻土分别占北半球裸露地表的24%和55%。近地表土壤冻融的范围、冻结起始日期、持续时间及冻融深度对寒季/寒区植物生长、大气与土壤间能量、水分及温室气体交换都具有极其重要的影响。自20世纪70年代以来,应用卫星遥感结合地面观测资料研究局地到区域尺度的季节冻土和多年冻土已取得诸多成果,而遥感在冻土研究中的最直接应用是利用微波探测近地表土壤冻融状态。相对于主动SAR,星载被动微波传感器具有多通道观测且重访周期较高,空间分辨率很低的特点。重点评述了近几十年来被动微波辐射计在冻土研究中的算法发展及其应用前景,主要包括双指标算法、时间序列变化检测算法及判别树算法3类,其核心均是基于冻土的低温特征和"体散射变暗"效应。发展可靠实用的微波遥感土壤冻融状态判别算法,提供区域和全球尺度上的土壤冻融状态信息,对水文学、气象学以及农业科学、工程地质研究与应用都具有重要意义。
以考虑了土壤冻融过程的一维水-热-盐分耦合模型SHAW为冻土活动层数据同化系统的动力学约束框架,通过集合卡尔曼滤波算法同化土壤水分和温度的站点观测数据以及被动微波辐射计SSM/I19GHz亮温观测数据,以改善冻土活动层水热状态变量的估计精度,实现模型模拟和观测信息的融合.冬季活动层冻结,同化的关键变量为土壤温度;而夏季同化的关键变量为土壤水分.通过单点同化试验表明,该同化系统能显著改善土壤表层水分和温度的估计精度;同时,在同化过程中给定合理的模型误差协方差项,可将表层优化后的信息迅速传递给深层土壤,达到改善整个土壤廓线状态变量估计的目的.同化结果表明,相对于SHAW模拟结果,同化4cm土壤温度观测后,各层土壤温度RMSE平均减小0.96℃,而同化4cm土壤水分观测数据后,各层土壤水分RMSE平均减小0.020m3·m?3;同化SSM/I19GHz亮温后,各层土壤温度RMSE平均减小0.76℃,各层土壤水分RMSE平均减小0.018m3·m?3.