如何用卫星测量全球地表长波辐射？全球1公里分辨率数据集
除了太阳提供的热量影响着地球的气候以外，但你是否知道，地球自身也在不断向外发射热量？这种热量以长波辐射的形式散发到太空，同时大气层和地表之间也在持续交换长波辐射。
这种长波辐射这么重要，但是，直到最近，由北京师范大学地理科学学院遥感与数字地球国家重点实验室的研究团队发表在Nature上的研究，填补了这一空白，研究团队利用20多年的卫星观测数据，首次生成了全球1公里分辨率的日尺度地表长波辐射数据集，这项成果对气候预测、农业管理乃至可再生能源开发都具有重要意义。
如何用卫星测量全球地表长波辐射？
你知道什么是地表长辐射波吗？太阳辐射能量主要集中在短波段，属于短波辐射，地球在接受太阳辐射加热地表后，会以长波辐射的形式重新释放。地表长波辐射分为两部分，上行长波辐射（SLUR）和下行长波辐射（SLDR）。上行长波辐射是地表向太空和大气发射的热量，下行长波辐射是大气，尤其是云层和温室气体向下反射回地表的热量。
上行长波辐射和下行长波辐射的差值，也就是净长波辐射，直接影响着地球的能量平衡。
长期以来，研究主要通过地面站点测量长波辐射，但全球仅有约500个站点，分布极不均匀。现有的卫星产品可能因为空间分辨率较低，难以精细刻画城市、山区等复杂地表的辐射情况。
那如何测量地表长波辐射呢，如何获取全球每日地表长辐射波呢？研究团队采用了美国MODIS卫星2000–2023年的数据，并结合欧洲ERA5再分析数据，开发了一套混合算法。
主要包含3个步骤，首先在无云天气下，研究团队利用MODIS的热红外波段数据，结合地表温度和大气水汽含量，建立统计模型来估算SLUR和SLDR；然后，整合云层进行辐射修正，研究团队利用云底温度单层云模型（CBT-SLCM），结合MODIS的云顶温度和MERRA2的大气温度廓线，估算云层对辐射的贡献；最后利用ERA5的昼夜变化信息，将卫星瞬时观测数据进行时间插值，最终生成逐日1公里分辨率的全球数据集。
为了验证数据的可靠性，研究团队对比了全球369个地面站点的实测数据，覆盖森林、草原、沙漠、冰雪等16种地表类型。结果显示上行长波辐射平均偏差-1.94 W/m²，均方根误差为17.77 W/m²；下行长波辐射平均偏差-1.26 W/m²，均方根误差为25.31 W/m²。
不同区域的精度存在差异，主要由于地表异质性和云量变化导致。落叶针叶林表现最佳，冰雪区误差最大。
与现有的CERES-SYN数据相比，本次研究中的ELITE数据集在1公里尺度上表现更稳定，误差更小。例如，CERES在极地冰雪区的SLUR偏差可达50 W/m²，而ELITE仅-25 W/m²。
这项研究不仅提供了迄今为止最精细的全球长波辐射数据，还为气候科学和地球系统研究开辟了新途径。
图：通量站点的 ELITE 每日 SLDR（DSLDR）和 SLUR（DSLUR）的偏差和 RMSE 值的空间分布🔽
❓思考题：地表长波辐射主要影响以下哪种现象？
A.植物的光合作用
B.夜晚的温度变化
C.海洋的盐度分布
D.月亮的阴晴圆缺
参考答案：（点击查看）
B.
解析：长波辐射决定了地表热量散失的速度。晴朗夜晚辐射强，降温快；多云夜晚辐射被云层反射回地表，温度较高。光合作用主要由阳光（短波辐射）驱动，与长波辐射关系不大
附件：ELITE daily SLWR produce code（ELITE 每日地面长波辐射数据）.docx（下载）
使用说明：研究提供的 2000 年至 2023 年全球时空连续的每日 ELITE SLWR 数据集，可用于各种应用和研究。该数据集以 hdf5 格式存储，为无符号 16 位数据，每天一个文件。用户可以使用 MATLAB、Python、IDL 等工具读取和操作数据。请注意，从 SDS 中提取的数据必须乘以相应的比例因子（见表 3）。不确定性大于正常参考范围（表 3），应谨慎使用。当有新的数据源可用时，会更新数据集。
参考文献：Jie Cheng, Qi Zeng, Hao Sun, Guo Yamin, Feng Yang, Mengfei Guo & Chenze Wu ，A global 1 km resolution daily surface longwave radiation product from MODIS satellite data from 2000–2023. Scientific Data volume 12, Article number: 736 (2025) ，doi.s41597-025-05076-8