重力反演与气候实验卫星GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)为研究深层地球结构和跟踪地球表面质量变化提供了新手段,在一定程度上完善了当前全球水文监测系统。检测全球或区域水文信息对于研究全球或区域水资源变化和水量平衡具有重要意义。首先对GRACE重力卫星进行概括介绍,然后对GRACE卫星数据在极地高山冰川、海洋和陆地水储量等方面的应用现状进行分析总结,归纳GRACE水文研究中的验证方法,最后总结GRACE水文应用中面临的主要技术难点及可能的解决方案。
利用2007~2009年的SPOT VEGETION NDVI数据来延长1982~2006年GIMMS(Global Inventory Monitoring and Modeling Studies) NDVI数据,从而得到1982~2009年的NDVI数据,结合同时期的气象资料,利用经验模态分解方法(EMD),对黑河流域季节合成植被指数(SINDVI)、气温以及降水序列的周期性进行了分析,并进一步分析了黑河上中下游NDVI和气温、降水之间的关系。结果表明：上游SINDVI与气温、降水均存在准3 a和准6 a的相似周期,中游SINDVI与气温存在准3 a和准10 a的相似周期,而与降水存在准3 a、准6 a、准8 a和准15 a的相似周期,下游SINDVI与气温存在准3 a和准10 a的相似周期,与降水存在准3 a和准6 a的相似周期。表明在黑河流域,气温和降水均是影响植被变化的重要因子,而气候因子的周期性变化主要受大气运动的影响,进而影响植被的周期变化。因此,EMD方法在分析植被动态的周期性特征及其与气象条件周期性的关系方面具有较好的效果。
研究湟中县土地利用/覆被变化,对于准确把握湟中县土地利用动态、提出针对性的建设意见、改善当地生态环境质量具有重要现实意义。基于1987、1999和2007年3期遥感影像,通过土地利用转移矩阵、动态度、利用程度等方法,研究了湟中县1987~2007年近20 a土地利用变化特征及其空间分异规律。结果表明:① 近20a湟中县林地数量总体增加,耕地面积减少；②1987~2007年间湟中县耕地面积出现明显波动；③ 1987年以来,各土地利用类型年均变化幅度差异较大；④ 研究时段湟中县土地利用综合指数平均值为252.35,低于我国东部地区,高于西部偏远地区。
基于2007年12月22日~2009年12月31日黑河流域阿柔冻融观测站的气象驱动数据,利用通用陆面模型(Common Land Model,CoLM)模拟的地表通量结果,研究地表通量对模型参数(叶面积指数、地表反照率和植被覆盖度)的不确定性与敏感性。结果表明,叶面积指数、地表反照率和植被覆盖度对地表感热和潜热通量不同组分的影响存在较大的差异。其中,植被层的感热和潜热通量对叶面积指数的敏感性程度较高,敏感系数均达到0.7以上;与潜热通量相比,感热通量对反照率更加敏感,土壤感热、植被感热和总感热通量对反照率的敏感系数分别达到-0.96、-0.97和-0.66,而土壤潜热和总潜热通量对地表反照率的敏感系数仅为0.1左右;植被潜热通量对植被覆盖度的敏感性程度很高,敏感系数范围为0.92~0.96,而土壤感热通量对植被覆盖度最不敏感,敏感系数只有0.18左右。
依据草原综合顺序分类系统,利用1950~2000年近50 a全球气候插值数据集,绘制出甘南地区的潜在草地类型图,并对甘南地区潜在草地NPP进行了统计分析。结果表明：甘南草地可分为寒冷潮湿多雨冻原—高山草甸类、寒温湿润山地草甸类、微温潮湿针叶阔叶混交林类、微温湿润森林草原—落叶阔叶林类、暖温湿润落叶阔叶林类、暖温微润森林草原类和暖温微干暖温带典型草原类7类草地;甘南地区NPP年均值在空间上由西北向东南方向逐步增加,NPP总量为23.08 TgC,其中以寒冷潮湿多雨冻原—高山草甸类和寒温湿润山地草甸类草地类型为主;在地形因素中,海拔高度对NPP年均值的影响较明显,随着海拔增加NPP呈下降趋势,而坡度和坡向对于NPP年均值的影响不明显。
利用锁眼、MSS、TM影像和地形图及其他辅助数据,提取张掖市1959、1968、1977、1986、1997、2009共6个年份的城市建成区范围和面积,利用空间重心转移模型、扩展强度指数、扩展速度指数、紧凑度指数、面积变化、城市用地扩展系数等指标,分析了近50 a来城市土地利用扩张的空间变化特征。结果表明,50 a间张掖市城市建成区扩展5.71倍,其中1986年之前属于缓慢扩展阶段,1986年之后属于快速扩展阶段。在1959~1986的27 a间,建成区面积仅扩展258.42 hm2。1986~2009年期间,随着改革开放和西部大开发战略的实施,建成区面积增加了1 995.11 hm2,是前27 a的7.73倍。1959~1977年期间,城市重心偏移量小,1977~1986年期间,虽然城市扩展面积较小,但城市主要向西和西北方向扩展,重心开始向西北偏移,偏移量较大;1977~2009年期间,由于城市向东和东北方向扩展,城市重心开始向东和东北方向偏移,偏移量都很大,最大达到629.79 m。城市紧凑度在1959~1968年间急剧下降;在1968~1997年间逐渐趋于稳定后又略有下降,1997~2009年开始慢慢上升,该市后期土地的集约化以及城市基础设施和公共资源的利用效率有所提高。城市用地扩展系数在1959~1986年期间小于1.12,城市用地规模扩展不足(1977年前后比较特殊),1986~2009年期间,城市用地扩展系数大于1.12,城市用地规模扩展过快。
微波传感器获得的土壤水分产品空间分辨率一般都很粗,而流域尺度上的研究需要中高分辨率的土壤水分数据。用MODIS逐日地表温度产品MOD11A1和逐日地表反射率产品MOD09GA构建温度—植被指数特征空间,并计算得到TVDI(Temperature Vegetation Dryness Index)指数,它与土壤水分呈负相关关系,能够反映土壤水分的空间分布模式,但并不是真实的土壤水分值。在AMSR-E像元尺度上求得TVDI与土壤水分的负相关系数,进而对VUA AMSR-E土壤水分产品进行降尺度计算得到0.01°分辨率的真实土壤水分值。经NAFE06(The National Airborne Field Experiment 2006)试验地面采样数据验证,降尺度后的土壤水分均方根误差平均值为6.1%。
电子地图在县域地理空间信息平台的建设中具有重要作用。在分析传统电子地图发布主要以文件集的形式存储于服务器的不足基础上,探讨县域地理空间信息平台将电子地图以分布形式部署到各节点服务器中,利用瓦片金字塔技术来实现县域地理空间信息平台电子地图的网络发布,以达到电子地图的快速浏览和分节点存储数据的目的。通过地图瓦片、网络服务、地理信息服务技术,建立县域地理空间信息平台电子地图服务,为平台电子地图的数据发布与共享提供技术思路。
基于IPCC—LULUCF建议的温室气体计量方法、遥感数据和文献资料,利用RS和GIS分析了1991~2005年无锡市土地利用变化所引起的陆地生态系统碳储量的变化,结果表明,近14 a来,无锡市土地利用变化较明显,尤其是各种土地利用类型的相互转化,使得陆地生态系统碳库储量减少457.18×104 t,是碳源。具体表现在：地上碳储量减少145.91×104 t,地下碳储量减少59.87×104 t,土壤碳储量减少251.40×104 t。无锡市各种生态系统类型中,有林地的固碳潜力最大,为190.71 t/hm2,其次是草地,为121.186 t/hm2,农地最小,为92.6 t/hm2,有林地面积的减少,造成有林地中固定的碳大量释放,使无锡市陆地生态系统成为一个明显碳源。
针对海岸线现场测量难度大、施测周期长等问题,研究了应用高分辨率卫星遥感影像和DEM数据提取海岸线的技术方法。以SPOT 5融合影像为例,给出了基岩、砾石、砂质、人工4种类型海岸线的解译标志建立方法和提取原则,其中砂质岸线的提取须对影像做拉伸处理；针对纯遥感手段提取海岸线的不足,提出结合精细DEM数据提取海岸线的几种方式,分析了基于砂质岸线解译标志提取海岸线高程精度的可靠性,并给出了结合DEM数据提取基岩岸线的应用实例。通过应用海岸线现场测量结果开展精度验证,海岸线提取结果的定位精度优于5 m,可满足1∶10 000比例尺的制图精度要求。
通过对福建泉州湾沿海防护林信息提取及变化检测,分析了泉州湾沿海防护林近20 a来的变化情况,为泉州地区防护林建设和保护提供科学的决策依据。利用遥感对地观测技术,采用决策树分类法对泉州湾沿海防护林进行分类及变化检测。结果表明:1987~2008年的21 a间,泉州湾沿海防护林面积净增537.23 hm2,增加了20.5%；防护林以阔叶林为主,占了70%~80%。总的看来,阔叶林、针叶林的面积在不断增加,红树林面积经历了先减后增的过程；但局部地区出现了防护林减少的情况,如泉州的丰泽区和石狮沿海,因城市扩展导致的土地成片开发占用了大片防护林。虽然泉州湾沿海防护林面积有所增长,但其空间分布不尽合理,并不能有效地保护泉州沿海经济发达地区。因此,下一步工作考虑如何根据检测结果作出调整,充分发挥泉州湾沿海防护林的作用。
卫星观测计划申请系统是用户订购卫星编程数据的重要技术手段。为了提高观测申请的效率与质量,在分析已有观测计划申请系统不足的基础上,提出并设计了基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统,然后详细论述了系统实现的关键技术,开发出了原型系统,并对系统性能进行了测试与评价。评测结果表明,系统能够支持多星观测申请的在线实时分析,具备较高的系统运行效率,可以为用户订购卫星编程数据提供较好的支撑。
建立三峡库区以上地区数值化降水预报系统的目的是为预报员提供有效的辅助分析工具,一方面对不同类型的降水资料进行综合管理、模拟预报和评价,另一方面,对灵活的降水分区进行降水预报产品计算和分析,从而提高预报员进行多分区降水预报的效率。以SuperMap地理信息系统控件为基础,设计与实现了多分区方案的灵活管理,与预报员交互的预报流程和预报结果的Web发布等功能,详细介绍了数值化降水预报系统的结构、功能、部署和预报流程。数值化降水预报系统已经成功应用于三峡降水预报业务运行。
合成孔径雷达(SAR)因其可全天时、全天候工作且不受云、雨的影响而成为遥感应用的前沿领域。SAR干涉测量(Inteferometry)利用SAR数据的相位信息可获得大地表面厘米级的形变而成为冰川表面流速监测广泛使用的手段；SAR图像相关方法(SRFT)能克服干涉测量方法因失相干严重而难以产生清晰的干涉条纹以及可见光图像质量由于云遮、雪盖限制的不足而成为目前山地冰川表面流速遥感监测的首选方式。为深入探讨SAR图像相关方法的适用性,以天山科契卡尔巴西冰川为研究区域,分析使用不同时间基线的ALOS PALSAR数据与ENVISat ASAR C-band 的图像相关方法估计冰川的表面流速,并使用实地测杆的DGPS(Differential GPS)测量流速进行对比验证,发现在冰川表碛覆盖区域使用图像相关方法测量的值与实测值有很好的一致性,而在裸露冰区域或坡度较大区域,误差比较大。比较长时间基线的SAR数据对特征识别的结果发现：时间基线为1 a的冬季获取的数据对估计值与实测值在表碛覆盖区域比较一致,这可能是由于前后两次获取图像时天气或地面状况比较接近。比较ALOS PALSAR 数据与ENVISat ASAR数据发现：波长较长的L-band(23.5 cm) 比C-band (5.7 cm)SAR数据更适合山地冰川的表面流速估计；另外在运用SAR数据特征匹配方法时也可能是极化方式的差异使得ALOS PALSAR (HH极化)数据比ENVISat ASAR(VV极化)数据更适合冰川研究。
基于2010年3、4月份的CALIOP (Cloud-Aerosol LiDAR with Orthogonal Polarization)激光雷达后向散射数据,给出了利用交互式数据语言IDL(Interactive Data Language)处理数据的新方法,得出大气后向散射及各参数的空间分布图;在此基础上深入研究了北京地区春季沙尘天气大气分布状况。对沙尘暴在可见光和红外光波段的后向散射、退偏振比以及分布高度的研究结果表明:大气对激光的后向散射信号及各参数的空间分布图可以描绘出大气各组分及其分布情况,如气溶胶、沙尘暴和云等的空间分布情况；利用NILU提供的沙尘暴追踪图,确定了沙尘暴来源,为研究沙尘暴对气候的影响提供了重要依据。
利用模糊逻辑算法，结合大气辐射测量项目（ARM）中国寿县移动观测站3 mm云雷达（WACR）资料，进行了云中水凝物相态垂直分布的反演研究。根据Shupe总结得到的不同相态水凝物粒子对应的毫米波雷达反射率、Doppler平均速度、谱宽以及温度的阈值，建立了基本形式为不对称的T型函数的模糊逻辑识别的隶属函数，并根据不同相态粒子的散射特性和几何形状等增加了关于退偏振比的隶属函数。然后根据建立的隶属函数利用寿县站的3 mm云雷达资料进行水凝物相态垂直分布的反演研究。结果表明：利用模糊逻辑法处理偏振3 mm雷达测量到的参量，可以识别云中粒子相态，反映云的相态结构，识别结果基本合理，但是T型函数系数的选取还需要进一步研究。
我国是地质灾害频发的国家,灾害造成了大量人员伤亡和经济损失,“5·12”地震更是诱发了滑坡、崩塌、泥石流以及堰塞湖等地质灾害,给人民生命财产造成重大损失。实践表明,运用遥感技术可以进行大范围的地质灾害调查与监测,使应急速度得到显著提高,但目前传感器种类较多,如何在海量的数据中发现规律、进行数据的协同处理,弥补信息提取能力的不足,是亟待解决的问题。在对图像融合方法分析的基础上,结合地质灾害调查的任务和研究区具体情况,以全色SPOT和多光谱TM影像为数据源,进行数据融合算法及图像质量评价研究,取得了良好的效果。融合后图像不仅保留了多光谱信息,而且空间信息量也得到了增强,提高了孕灾因子及承灾体的提取精度,为地质灾害调查与地质灾害风险评价起到了技术支撑作用。
由于IHS色彩空间表现的颜色更加符合人眼的视觉规律,因此,IHS变换在遥感影像融合中被广泛应用。针对传统的IHS变换融合算法进行融合实验时有较大的色彩畸变问题,提出了一种基于结构相似度（Strucral Similarity SSIM）的IHS变换融合算法。对影像进行IHS变换之后,计算原始多光谱影像I分量与全色波段影像的SSIM矩阵,并由该SSIM矩阵确定对应不同区域的新的亮度分量I。实验结果表明,该算法在增强影像空间分辨率的同时,能很好地保持其光谱特征。
成像几何模型是遥感影像几何处理和地球空间信息提取的理论基础。在不同类型的几何定位模型中,严格几何定位模型具有高精度、高可靠性的优点,因此对严格几何定位模型的研究有非常重要的意义。综述了近年来国内外新出现的高分辨率卫星遥感影像严格几何定位模型,分析了典型的3种模型:SISAR软件实现的严格几何定位模型、基于单位四元数的严格几何定位模型和基于对偶四元数的严格几何定位模型,阐述了其理论基础和优缺点。由于基于对偶四元数理论所建立的几何模型可将光线束的位置和姿态统一用对偶四元数表示,因此对该模型的研究是一个新的具有内在潜力的发展方向。
为了满足HJ-1星遥感数据定量化应用的需求,2008年10月中旬,以敦煌定标实验场为地面目标,采用反射率基法对HJ-1A和HJ-1B星的CCD相机开展场地绝对辐射定标,以确定CCD相机响应的变化,并对得到的定标结果进行了误差分析。同时利用非定标同日的敦煌场和贡格尔实验场的CCD星地同步数据得到的表观辐亮度作为标准值,对定标系数进行真实性检验研究。结果表明,定标系数模拟出的CCD表观辐亮度与标准值非常接近,误差均小于3%。研究表明:此次定标实验的结果精度高,并将两次同步数据的定标系数平均值作为定标系数结果,为CCD相机定量化应用研究奠定了良好基础。
干旱监测等实际应用都需要全面掌握地表温度(LST)的空间分布,而云覆盖是这种应用的重要阻碍。试图根据地表温度变化与地表植被之间的相互关系,研究遥感影像中云覆盖区域植被表面温度的估算方法。由于植被的蒸腾作用,植被茂密程度对其表面温度的空间分布有较大影响。这种影响不仅在晴朗无云区域存在,同样适用于云覆盖区域。因此,首先分析云覆盖区域周边无云植被像元的LST与植被指数NDVI之间的关系,建立方程式,然后再利用NDVI在短时间内相对稳定的特点用另一幅图像来获取云覆盖区域的NDVI值,最后根据NDVI与LST之间的关系估计云覆盖植被像元的表面温度。将这一方法应用到山东省聊城市的Landsat ETM+图像,结果表明：当云覆盖范围≤2 000个像元(约1.72 km2)时,通过NDVI来估计云覆盖区域植被表面温度的平均绝对误差<0.7 ℃,均方根误差<1.2 ℃。为了验证其实用性,又将该方法应用于安徽省蚌埠地区的TM图像,云覆盖范围在300个像元以下时,平均绝对误差小于0.1 ℃。因此,可以认为,当云覆盖范围不是很大时,利用NDVI估算云覆盖地区的植被表面温度,具有一定的可行性。
研究网格环境中空间信息的表达规范和数据资源描述机制,是建立空间数据共享与协同服务的第一步,也是数据资源整合和互操作的前提。目前多数研究集中在相关标准的内容组成和具体实施方法上,缺乏针对数据服务具体环节和协同的具体环节处理过程的标准映射关系研究。通过面向网格环境中的数据服务体系结构,基于操作流程和处理环节对相关标准进行分析,总结空间资源描述环节和相应标准规范的映射关系,研究建立分布异构空间数据共享的资源描述机制和元数据策略。以空间信息网格平台的应用实验为基础,详细介绍了空间数据资源网格化描述模型。
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