Global Emissivity Distribution and Change from 2003 to 2007

Abstract

Land surface emissivity is known to be affected by land cover, surface roughness, and soil moisture. In this study we used land surface emissivity data from National Aeronautics and Space Administration's Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing Systems for 2003 to 2007 to detect areas of significant emissivity change and identify its potential causes. Data distribution of annual emissivity averages on a global scale revealed that the western coastlines of the continents, deserts, and the polar areas showed the lowest emissivity values, whereas the higher emissivity values were concentrated in large cities, heavily forested areas, and large mountain ranges. A two-tailed Z test was then used to identify regions that showed statistically significant changes at the 99 percent confidence interval. At the regional scale, three regions that showed statistically significant annual change values at the 99 percent confidence interval—the Iranian Plateau, the La Plata basin, and the Indus basin—were then isolated. An analysis of variance was then performed to determine whether the variability was due to phenomena across the region or within each region. In the La Plata River basin, areas of significant negative emissivity change (≤–0.0156) were noted, which are associated with deforestation, whereas the areas of significant emissivity gain (≥0.0165) were concentrated in floodplains. In the Indus basin and Iranian Plateau, the significant negative emissivity change was associated with variations in surface wetness. Using emissivity as an indicator of land surface properties can assist in more detailed analysis of changes on the surface of the earth.

众所週知, 地表幅射率受到土地覆盖、表层粗糙度以及土壤湿度所影响。我们于本研究中, 运用自 2003 年至 2007 年间, 美国国家航空航天局为地球观测系统使用的高性能微波扫瞄辐射仪所测得的地表幅射率数据, 侦测具有显着幅射率改变的地区, 并指认可能的导因。全球尺度的年均幅射率之数据分佈, 显示出各大陆西海岸、沙漠与极地有着最低的幅射值, 较高的幅射值则聚集在大城市、森林密集的地区, 以及幅员广大的山脉之中。本研究接着运用双尾Z检定来指认统计上具有百分之九十九信赖区间并显示出显着改变的区域, 并进一步隔离区域尺度中, 三个在统计上具有百分之九十九信赖区间并显示出显着年度变量的区域——伊朗高原、拉普拉塔河流域, 以及印度河流域。本研究接着进行变异分析, 以决定该变异是否由各区域或单一区域中的现象所导致。在拉普拉塔河流域, 记录到具有显着负幅射量改变 (≤0.0156) 的地区, 并与去森林化有关, 而幅射率显着增加 (≥0.0165) 的地区则集中于洪泛平原。在印度河流域和伊朗高原中, 负幅射率的显着改变, 与地表溼度的变化有关。运用幅射率作为地表属性的指标, 能够协助对地球表面的改变进行更为细緻的分析。

Se sabe que a la emisividad de la superficie terrestre la afectan la cubierta del suelo, la rugosidad de la superficie y la humedad del suelo. En este estudio utilizamos datos de emisividad de la superficie terrestre del Radiómetro Avanzado para el Escaneo de Microondas de los Sistemas para Observación de la Tierra de la Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio, para 2003 a 2007, con el fin de detectar áreas con cambio significativo de emisividad e identificar las causas potenciales. Los datos de la distribución anual de los promedios de emisividad a escala global revelaron que las costas occidentales de los continentes, los desiertos y las áreas polares muestran los valores más bajos de emisividad, en tanto que los valores de emisividad más altos se concentran en las ciudades grandes, las áreas densamente arboladas y las cadenas montañosas más grandes. Un test Z de doble cola se usó después para identificar las regiones que mostraban cambios estadísticamente significativos al intervalo de confianza del 99 por ciento. A escala regional, tres regiones que mostraron valores de cambio anual estadísticamente significativos al intervalo de confianza del 99 por ciento—la meseta Iraní, la cuenca de La Plata, y la cuenca del Indo—fueron luego aislados. Luego se llevó a cabo un análisis de varianza para determinar si la variabilidad se debía a fenómenos que operan a través de las regiones, o dentro de cada región. En la cuenca del Río de la Plata, se notaron áreas con cambios significativos de emisividad negativa (≤–0.0156), los cuales están asociados con deforestación, en tanto que las áreas con significativa ganancia en emisividad (≥0.0165) estaban concentradas en las planicies inundables. En la cuenca del Indo, lo mismo que en la meseta Iraní, el cambio significativo de emisividad negativa estaba asociado con variaciones de la humedad superficial. Usar la emisividad como un indicador de las propiedades de la superficie terrestre puede ayudar con los análisis más detallados de cambios en la superficie de la tierra.

Key Words:

• emissivity
• Indus basin
• Iranian Plateau
• La Plata basin
• microwave

关键词:

• 幅射率, 印度河流域, 伊朗高原, 拉普拉塔河流域, 微波。

Palabras clave:

• emisividad, cuenca del Indo, meseta Iraní, cuenca de La Plata, microonda

Additional information

Notes on contributors

M. Chance Scott

M. CHANCE SCOTT is a Geographic Information Systems Specialist in the University of Miami's Center for Computational Sciences, Coral Gables, FL 33146. E-mail: [email protected]. His research interests include applications of geographic information systems in understanding complex physical process across the earth surface.

Shouraseni Sen Roy

SHOURASENI SEN ROY is an Associate Professor in the Department of Geography and Regional Studies at the University of Miami, Coral Gables, FL 33146. E-mail: [email protected]. Her research interests include the spatial and temporal analysis of long-term trends in climate processes in the Global South.