Land Snow Surface Temperature Estimation Using an Optimized Near Real-Time Passive Microwave Algorithm
Notice bibliographique
Résumé
Land surface temperature (LST) is a crucial geophysical parameter for understanding cryospheric processes such as snow accumulation, freeze-thaw cycles, and the energy budget. However, most existing passive microwave LST retrieval algorithms are not optimized for Land Snow Surface Temperature (LSST) estimation, presenting a significant limitation for remote sensing observation of the cryosphere. To address this, this study developed a robust, all-weather, near real-time, standalone passive microwave-based LSST retrieval algorithm optimized for snow-covered conditions in the Northern Hemisphere. In this study, LSST is defined as the air temperature close to the snow surface. Due to limited in-situ observations in Arctic regions and complex microwave radiative transfer over snow-covered landscapes, the Multi-Layer Perceptron (MLP) model, which is referred to in this study as the MLP_Model, was developed. Using 2-meter air temperature as a proxy to present the air temperature close to the snow surface, this study employed Multi-Task Learning (MTL) to integrate data from in-situ Automatic Weather Stations (AWS), the ECMWF Reanalysis v5 dataset (ERA5), and simulations from the Microwave Emission Model of Layered Snowpacks (MEMLS) for model training. This integration method balanced the information from multiple data sources, thereby mitigating potential uncertainties associated with training empirical models on limited, single-source datasets while ensuring that the trained model remains broadly consistent with the currently available data and established physical principles. Data from MEMLS simulations act as a physical constraint in the training process, ensuring the model’s estimates adhere to physical model expectations. The MLP_Model estimated LSST was compared with LSST from the AWS network and the ERA5 in the Northern Hemisphere for evaluation. The Mean Absolute Error (MAE) values were 3.74 and 4.38 °C, while 75th Percentile Absolute Error (Q3AE) were 5.61 °C and 5.71 °C, respectively. Compared with the passive microwave LSST estimation algorithm developed by Kelly 2003 (Kelly_2003), which has been used in the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) operational snow retrieval algorithm, the MLP_Model demonstrated a reduction in the MAE by 1.5 °C and the Q3AE by 2.1 °C. These results indicate that this newly developed model can provide daily, reliable, and consistent near real-time LSST estimates based solely on passive microwave remote sensing observations. The model-estimated LSST could serve as a reliable and independent reference for cryospheric climate studies, offering valuable input for data assimilation and reanalysis efforts. Furthermore, it could support other near real-time operational passive microwave-based retrievals of cryospheric geophysical parameters such as snow depth or freeze-thaw states.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».