Traditionally, surface energy fluxes are obtained by model simulations or empirical equations with auxiliary meteorological data. These methods may not effectively represent the surface heat fluxes in a regional scale due to scene variability. On the other hand, remote sensing has the advantage to acquire data of a large area in an instantaneous view. The remotely sensed data can be further used to retrieve surface radiation and heat fluxes over a large area. In this study, the airborne and satellite images in conjunction with meteorological data and ground observations were used to estimate the surface heat fluxes over Taiwan's Chaiyi Plain. The results indicate that surface heat fluxes can be properly determined from both airborne and satellite images. The correlation coefficient of surface heat fluxes with in situ corresponding observations is over 0.60. We also observe that the remotely sensed data can efficiently provide a long term monitoring of surface heat fluxes over Taiwan's Chaiyi Plain.
Kim, Young-Seup;Jang, Jae-Dong;Chung, Hyo-Sang;Cha, Joo-Wan
Proceedings of the KSRS Conference
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1998.09a
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pp.37-42
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1998
Latent and sensible heat fluxes over the global oceans are estimated using SSM/I (Special Sensor Microwave Imager) and AVHRR MCSST (Advanced Very High Resolution Radiometer Multi-Channel Sea Surface Temperature). The heat fluxes are computed from SSM/I wind speeds and surface humidity, the MCSST, and NCEP Reanalysis sea level pressures and 2-m temperatures from 1996 to 1997. The diabatic conditions bulk formula (Kondo, 1975) is used to compute the heat fluxes. To validate, the derived fluxes are compared to the measurements of 3 JMA buoys. The wind speeds and surface humidity derived from SSM/I have accuracies of 1.37m/s and 1.7g/kg, respectively. The heat fluxes were estimated these factors and the standard error of the latent and sensible heat fluxes are 5.53 W/m$^2$ and 3.33 W/m$^2$. The latest El-Nino phenomenon started at the beginning of 1997 and this event was larger than any others. We compare the heat fluxes in 1997 with the fluxes in 1996 and investigate the spatial movement of meteorological factors as well as the heat fluxes associated with El-Nino appearance.
Surface heat balance of the northern sea of Cheju Island for summer in 1993 and 1994 is analyzed using the observation data obtained by Marine Research Institute, Cheju National University. Each flux elements at the sea surface is derived from the marine meteorological reports with application of an aerodynamical bulk method for the turbulent heat fluxes, and empirical formulae for the long-wave radiation heat fluxes. The flux divergence of oceanic heat transport and the rate of heat storage in the ocean are estimated as residual. The features of the surface heat balance are mainly decided by the solar radiation flux and the latent heat flux for 199B. But the Bowen Ratios were large for 1993. This means that the sensible heat fluxes were nearly equal to the latent heat fluxes for 1993. In this period, mean flux divergence of oceanic heat transport is about 130 W/$m^2$.
Traditionally, it is measured by using basin or empirical formula with meteorology data, while it does not represent the evaportransporation over a regional area. With the advent of improved remote sensing technology, it becomes feasible to assess the ET over a regional scale. Firstly, the IMAGINE ATCOR atmospheric module is used to preprocess for the MODIS imagery. Then MODIS satellite images which have been corrected by radiation and geometry in conjunction with the in-situ surface meteorological measurement are used to estimate the surface heat fluxes such as soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux. In addition, the correlation coefficient between the derived latent heat and the in-situ measurement is found to be over 0.76. In the future, we will continue to monitor the surface heat fluxes of paddy rice field in Chiayi area.
In order to retrieve the latent and sensible heat fluxes, high-resolution airborne imageries with visible, near infrared, and thermal infrared bands and ground-base meteorology measurements are utilized in this paper. The retrieval scheme is based on the balance of surface energy budget and momentum equations. There are three basic surface parameters including surface albedo $(\alpha)$, normalized difference vegetation index (NOVI) and surface kinetic temperature (TO). Lowtran 7 code is used to correct the atmosphere effect. The imageries were taken on 28 April and 5 May 2003. From the scattering plot of data set, we observed the extreme dry and wet pixels to derive the fitting of dry and wet controlled lines, respectively. Then the sensible heat and latent heat fluxes are derived from through a partitioning factor A. The retrieved latent and sensible heat fluxes are compared with in situ measurements, including eddy correlation and porometer measurements. It is shown that the retrieved fluxes from our scheme match with the measurements better than those derived from the S-SEBI model.
A Jump model was evaluated for the calculation of hourly mixing height and mean potential temperature within the height. The Sump model was modified for estimation of downward heat fluxes by mechanical convections and surface heat fluxes. The surface heat fluxes were estimated from routine weather data such as solar radiation and air temperature. Total of 8 upper-air data observed at 0000UTC and 0600UTC in Osan station during April 23 to 26, 1996 were analyzed, and compared to the model results in detail. The calculated mixing heights and potential temperatures within the height were comparable to the observations, but some differences were showed. The calculated mixing heights were generally higher than observations. And, when variations of wind directions were large, the large difference of potential temperature was occurred. From the results, it was important to note that vortical motions and advections of air masses would affect to the growth of the mixing height.
Our goal is to obtain a better scientific understanding how to define the nature and role of remotely sensed land surface parameters and energy fluxes in the heat island phenomena, and local and regional weather and climate. By using the MODIS visible and thermal imagery data and analyzing the surface energy flux images associated with the change of the landcover and landuse in study area, we will estimate and present how significant is the magnitude of the heat island heat effect and its relation with the surface parameters and the energy fluxes in Taiwan. To achieve our objective, we used the energy budget components such as net radiation, soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux in the study area of interest derived form remotely sensed data to understand the island heat effect. The result shows that the water is the most important component to decrease the temperature, and the more the consumed net radiation to latent heat, the lower urban surface temperature.
Accurate ocean surface fluxes with high resolution are critical for understanding a mechanism of global climate. However, it is difficult to derive those fluxes by using ocean observation data because the number of ocean observation data is extremely small and the distribution is inhomogeneous. On the other hand. satellite data are characterized by the high density, the high resolution and the homogeneity. Therefore, it can be considered that we obtain accurate ocean surface by using satellite data. Recently we constructed ocean surface data sets mainly using satellite data. The data set is named by Japanese Ocean Flux data sets with Use of Remote sensing Observations (J-OFURO). Here, we introduce J-OFURO. The data set includes shortwave radiation, longwave radiation, latent heat flux, sensible heat flux, and momentum flux etc. Moreover, sea surface dynamic topography data are included in the data set. Radiation data sets covers western Pacific and eastern Indian Ocean because we use a Japanese geostationally satellite (GMS) to estimate radiation fluxes. On the other hand, turbulent heat fluxes are globally estimated. The constructed data sets are used and shows the effectiveness for many scientific studies.
We have investigated the seasonal characteristics of surface turbulent fluxes observed at Ieodo Ocean Research Station from 2005 to 2006. Both 10Hz and 30 minutes flux data are quality controled, and tilt correction is performed in 10Hz data before quality control. The turbulent fluxes of open sea shows clear seasonal variations, though diurnal variations are barely shown. The seasonal ratio of stable and unstable conditions are closely related to the temperature difference between sea surface and air. In stable and semi-stable condition, latent and sensible heat fluxes have very small values without any relationship with wind speed. Though friction velocity shows slightly increasing trend with wind speed, it has many outliers. In unstable condition, turbulent fluxes increased with wind speed. Especially, latent heat flux increased rapidly during DJF. The latent heat flux at high wind speeds is more scatter.
Air-sea heat fluxes in the East Sea were estimated from the various ship's data observed from 1961 to 1990 and the JMA buoy #6 data from 1976 to 1985. The oceanic heat transport in the sea was also determined from the fluxes above and the heat storage rate of the upper layer of 200m from the sea surface. In winter, The incoming solar radiation is almost balanced with the outgoing longwave radiation. but the sea loses her heat through the sea surface mainly due to the latent and sensible heat fluxes. The spatial variation of the net surface heat flux is about 100 Wm/SUP -2/, and the maximum loss of heat is occurred near the Tsugaru Strait. There are also lots of heat losses in the southern part of the East Sea, Korea Strait and Ulleung Basin. Particularly, the heat strong loss in the south-western part of the sea might be concerned with the formation of her Intermediate Homogeneous Water. In summer, the sea is heated up to about 120∼140 Wm/SUP -2/ sue to strong incoming solar radiation and weak turbulent heat fluxes and her spatial variation is only about 20 Wm/SUP -2/. The oceanic heat flux is positive in the southeasten part f the sea and the magnitude of the flux is larger than that of the net surface heat flux. This shows the importance of the area. In the southwestern part of the sea, however, the oceanic heat flux is negative. This fact implies cold water inflow, the North Korean Cold Water. The sigh of net surface heat flux is changed from negative to positive in March and from positive to negative in September. The heat content in the upper surface 200 m from the sea surface reaches its minimum in March and maximum in October. The annual variation of the net surface heat flux is 580 Wm/SUP -2/ in southwestern part of the sea. The annual mean values of net surface heat fluxes are negative, which mean the net heat transfer from the sea to the atmosphere. The magnitude of the flux is about 130 Wm/SUP -2/ near the Tsugaru Strait. The net surface fluxes in the Korea Strait and the Ulleung Basin are relatively larger than those of the rest areas. The spatial mean values of surface heat fluxes from 35$^{\circ}C$ to 39$^{\circ}$N are 129, -90, -58, and -32 Wm/SUP -2/ for the incoming solar radiation, latent hear flux, outgoing longwave radiation, and sensible heat flux, respectively.
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