城市化影响着局地与区域气候变化。区域气候模式是探讨城市与环境问题演变机制与城市化气候效应的重要研究手段,然而模式地表参数化方法处理地表参数时难以全面反映下垫面状况,可能影响模拟结果的合理性。因此以卫星数据源为基础,分析了OPI方法处理下垫面参数导致的偏差,结合其导致的地表辐射收支差异说明不同空间尺度偏差的辐射收支效应,进而通过与CO2排放关联定量分析OPI方法对城市化气候效应的影响。结果发现随着空间尺度的变大,OPI方法导致的城市面积提取误差也在变大,导致城市下垫面转变成了其周边的土地覆盖类型,增强了城市群区域的反照率,降低了城市区域的辐射收支,弱化了城市气候效应。研究发现城市地表单位面积反照率增加0.01相当于减少了2.82 kg的CO2排放,京津冀城市群2009年案例分析表明其弱化程度相当于减少了CO2排放2.28×105 t,扩展到中国区域尺度上则相当于减少了1.81×106 t CO2排放。
空间天文卫星任务规划是一类复杂的NP难问题,将STK/Scheduler(Satellite Tool Kit/ Scheduler,卫星仿真工具包/任务规划)商业软件从对地观测任务规划领域拓展应用至空间天文卫星任务规划领域,对于获取可靠解算结果、快速构建地面运控仿真环境、提供解算参考基准具有重要意义。根据空间天文卫星任务规划问题,建立了以最大获取科学回报为目标的多约束任务规划模型,开展了基于STK/Scheduler的空间天文卫星任务规划解算和实例验证。实验结果表明:利用STK/Scheduler开展空间天文卫星任务规划能够适应多种规划时段和解算要求,具有求解稳定等特点,可以满足空间天文卫星任务规划的基本需求。
介绍一种基于多个阈值的FY2E对流云识别方法。首先利用不同的阈值对2010年6~7月的FY2E云图进行识别,并统计识别出云团数量、尺度信息以及形状。根据统计结果,确定选择3个不同级别的亮温阈值,并以此逐步识别出对流云。最后根据识别出来的对流云的尺度、形状和〖JP2〗云顶最低亮温,将对流云划分为18个类别。从应用结果来看,该方法不仅能够有效地识别从梅雨锋、台风等大尺度云系中的对流系统,而且还能在大范围的片状云系中检测出中小尺度的对流系统。〖JP〗
以扎龙自然保护区湿地为例,结合ENVISat ASAR多极化(HH/HV)雷达影像与传统的光学影像Landsat TM (band1~5,7),分析雷达影像后向散射系数与Landsat TM影像不同波段反射率在淹水植被、非淹水植被、明水面和裸土不同地表覆被类型的差异。选择训练样本,采用分类回归树(Classification and Regression Tree,CART)模型,分别对两种影像进行分类,可视化表达湿地植被淹水范围空间分布情况。基于实测的植被冠层下淹水范围与非淹水范围样本点对两种数据源的分类结果进行精度验证。结果表明:HH/HV极化影像中,植被覆盖下水体的后向散射系数与其他地表覆被类型有明显区别,分类结果总精度为79.49%,Kappa系数为0.70,湿地植被淹水范围提取精度较高。而TM影像分类结果中,由于部分地区植被覆盖水体,淹水植被分类误差较高。将雷达影像引入沼泽湿地研究,提高了植被淹水范围提取效果,为有效分析湿地生态水文过程提供基础,对湿地水资源合理利用及生物多样性保护具有重要意义。
应用冬小麦抽穗期的环境小卫星影像对关中地区依据行政区划划分,采用多种遥感监测方法进行冬小麦种植面积提取,提取精度达95.64%。结果表明:抽穗期是关中地区提取冬小麦种植面积的最佳时相,同时也表明环境小卫星可以用来监测大范围的冬小麦种植面积,并得到很高的精度。在未来的研究中,对于地形差异较大的地区,可依据地形和冬小麦的种植结构对研究区进行划分,针对每个子研究区采用不同的遥感监测方法以提高提取精度。
为更好地监测离子吸附型稀土矿山的开采现状,选取赣南离子吸附型稀土矿区,采用最新高分辨率遥感数据,开展离子吸附型稀土矿矿山非法开采监测、环境破坏监测、矿山动态变化监测等示范研究。运用IKONOS数据结合矿权资料在赣南寻乌地区开展稀土矿山非法开采监测;在赣南寻乌地区提取土地荒漠化及水体污染等环境信息;利用两期QuickBird数据在赣南定南某矿区开展动态变化监测。研究表明高空间分辨率遥感数据处理与分析为离子吸附性稀土矿矿山快速、准确、动态监测提供了良好的技术手段。
利用2001～2010年10 a的MODIS资料,比较分析广西喀斯特不同等级石漠化区MODIS\|NDVI和MODIS\|EVI的时间变化特征差异,利用全时间序列及16 d10 a均值序列分析NDVI和EVI之间的相关关系,比较线性及对数相关模型对两种植被指数相关关系的拟合效果,结果表明:石漠化等级由重度到潜在,两者之间的差值也随着植被覆盖度的增加而增大,植被覆盖度越低,NDVI和EVI所表征的植被变化特征越相似。NDVI的峰值出现时间多晚于EVI且其反映的植被变化趋势与实况更吻合,但其NDVI偏高;各等级石漠化的两种时间序列NDVI与EVI的对数相关关系优于线性相关,两种植被指数的相关性随着植被覆盖度的降低而增大,但全时间序列中轻度、中度石漠化相关性变化规律与16 d 10 a均值序列相反。
青海省东部农业区“十年九旱”,“春旱年年有”,对农业生产的影响非常严重,但该地区至今缺乏有效的春季干旱遥感监测方法。使用环境减灾卫星CCD数据提取青海省东部农业区农业气象观测站的垂直干旱指数(PDI),拟合其与不同深度土壤水分的关系模型,各模型的无偏相关系数均在0.7以上;其中PDI与0~20 cm土壤相对湿度关系模型(y=-489.00x+188.78)的拟合效果最好(无偏相关系数为0.7985)。该模型反演的湟源农业气象观测站固定观测地段的土壤水分时间变化序列与人工测量值的时间变化序列,在趋势变化上较为一致。2013年西宁农区的春季干旱监测中,该模型监测结果显示:发生干旱的地区主要出现在大通河谷地和湟水谷地,湟源农区的土壤旱情在整个西宁农区的土壤旱情发展中最为严重,监测结果与实际旱情分布地区一致。
积雪是气候变化的指示器,其变化对地球能量和辐射平衡以及水分循环产生深刻的影响。研究积雪与气候变化的关系是气候变化区域响应的最好实证。利用2000年3月~2011年2月共11 a的MODIS雪盖产品数据、1979~2010年逐日雪深被动微波遥感数据、DEM数据以及地面气象观测数据,通过GIS空间分析及地统计分析功能,系统分析西藏高原雪深、雪盖和雪线的时空变化规律及其对气候变化的响应关系。研究表明:研究区雪深的分布形成了四周山地积雪深度大,中部腹地雪深小的空间格局。1979~1999年平均雪深呈极显著增加趋势,线性倾向率为0.26 cm/10a,1999~2010年则呈下降趋势。逐像元回归分析结果显示,研究区年积雪深度呈增加趋势的像元数占全区像元总数的76.9%,有减少趋势的仅占23.1%;雪盖面积变化总体呈缓慢波动减少趋势,线性倾向率为-3.89万km2/10a;7、8月在中东部念青唐古拉山、南部喜马拉雅山、冈底斯山和昆仑山等山脉一带以及高原腹地局部地区仍存在大面积常年积雪;雪线年平均呈微弱上升趋势,线性倾向率为6.54 m/10a,各季节平均雪线中,秋季雪线的变化对年平均贡献最大;雪线空间分布呈现从东南向西北逐步升高的态势。积雪参数与气候因素的相关分析表明,雪深春秋季主要受风速和日照时数影响,夏冬季则分别是降水量和风速;气温是影响四季积雪覆盖面积的主导因素,春秋季雪线与气温分别呈正相关和负相关。
基于SAR图像中水体后向散射系数服从Gamma分布的特点,提出了一种基于水体散射特性的自动化水体提取算法。研究重点包括:第一,利用高斯分布拟合地物后向散射系数,并结合改进的Gamma模型进行分析,确定最优阈值位置,构建优化准则,自适应迭代求解目标阈值。第二,引入含水体的目标块选择准则,剔除非目标块,对目标块运用所建模型获取阈值,取各目标块平均值作为全景图最优阈值,该过程大大缩短了运行时间,增加了阈值准确率,对SAR图像中水体的实时检测具有深刻意义。实验数据选用Radarsat-2获取的淮南地区单极化数据,实验结果表明该算法可以实现大幅图像中水体的快速、精确和自动化提取。
磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣。磷石膏产量大,综合利用率低,大量的磷石膏露天堆放对周边环境造成严重污染。以贵州福泉市为研究区,利用环境一号卫星CCD影像,采用面向对象的方法识别磷石膏。首先,采用多尺度分割方法对遥感影像进行分割,生成影像对象层。然后,通过分析不同地物类的特征差异,建立面向对象的决策树规则集,并按照该规则集对磷石膏进行自动识别,提取磷石膏基本信息。研究结果表明:磷石膏的识别生产者精度和用户精度分别达到88.89%和84.21%。分类的总精度和总Kappa值分别达到了91.75%和0.817。因此,基于环境一号CCD影像的面向对象的磷石膏识别方法是可行有效的。
光合有效辐射吸收系数(FPAR)是描述植被结构以及冠层—大气物质与能量交换过程的基本生理变量。从能量守恒的原理出发,结合非线性混合像元模型,分析了太阳入射能量中的植被冠层反射、土壤吸收分量的光谱反演方法,建立了简化的FPAR遥感反演模型(FPEB)。分别应用2011和2013年西藏自冶区那曲实验数据\,2011年西藏自冶区当雄实验数据和2013年内蒙古自冶区海拉尔的实验数据,对建立的FPAR遥感反演模型进行了验证,并将FPEB模型反演结果与传统的植被指数统计模型反演结果进行了对比分析,结果表明:FPEB模型的FPAR反演精度优于NDVI统计模型,且与其他基于能量平衡原理提出的反演FPAR的模型相比具有输入参数少,模型简单的优势,在空间区域和时间上具有很好的普适性。
风云三号B星微波成像仪的10.65、18.7、23.8和36.5 GHz频点对海表面粗糙度和介电特性比较敏感,能够用于海面地球物理参数的反演。为获得一种适用于全球大部分海域的海面风速反演算法,利用快速辐射传输模式和再分析大气廓线库模拟微波成像仪海面微波辐射特性,在此基础上建立了半经验反演算式,并利用浮标现场测量数据及WindSat全极化辐射计风速产品对半经验算法和经验算法分别进行了验证和对比。另外,通过分析风向对风速反演的影响,借助AT BV-TBH模型,尝试利用查找表算法对风向造成的晴空区域风速反演偏差进行初步校正。校正风向误差后,反演风速与浮标风速的均方根误差为0.9775 m/s。
针对积雪观测站点稀少的问题,提出一种考虑海拔影响,能够融合MODIS积雪面积产品和站点观测的雪深空间插值方法,该方法利用去云后MODIS积雪面积产品构建的无积雪“虚拟站点”弥补站点分布不均匀和稀少的不足,利用泛协克里金插值方法考虑海拔对雪深的影响。利用北疆地区50个气象站点的逐日雪深观测资料、逐日MODIS积雪面积产品和AMSR-E被动微波雪水当量和雪深产品,对普通克里金、泛克里金、普通协克里金和泛协克里金插值结果进行了比较研究。研究结果表明:积雪覆盖范围较大时,站点雪深与海拔之间相关系数较大,利用泛协克里金插值结果精度高且稳定;否则利用普通克里金插值精度较高且稳定。通过增加“虚拟站点”,能够提高雪深插值精度,并在一定程度上修正了克里金插值中存在的平滑效应。
由于云与积雪在可见光和远红外波段都具有相似的光谱特征,使得光学遥感监测积雪受到天气的严重干扰,如何消除亚像元尺度上MODIS积雪覆盖率(Snow Cover Fraction,SCF)产品中云的干扰成为了一个亟待解决的难题。通过分析亚像元尺度上SCF分布的空间变异性,提出了一种基于克里金空间插值的MODIS SCF产品去云方法,分别利用普通克里金(Ordinary Kriging,OK)和以海拔为协变量的普通协克里金(Ordinary Co\|Kriging,OCK)进行去云实验。11个不同日期的实验结果表明:OK和OCK方法在MODIS SCF产品去云中均能达到较高的精度,特别是在云覆盖率低于20%的情况下,此时OCK的精度要好于OK;而当云覆盖率大于20%时,OK的精度略高于OCK,但两者的精度都明显低于云覆盖率低于20%的情况,而且平滑效应都比较明显。
对MODIS、MISR和POLDER 3种由多角度卫星观测反演得到的全球地表反照率数据(无冰雪覆盖区域)短波波段(SW,0.3~5 μm)与可见光波段(VIS,0.3~0.7 μm)的黑空地表反照率(DHR)进行了相互比较。3种产品6年平均的全球均值存在显著差异,其值从大到小依次为POLDER\,MISR和MODIS。3种产品的纬向平均在35°N以北区域表现出较大的差异。3种产品彼此之间相关性比较高,其中MODIS与MISR产品的相关性最强,MISR与POLDER产品的相关性最低,短波波段的相关系数(r) 分别为0.939与0.911。3种产品在可见光波段的相关性大于短波波段。在不同地表类型上,3种产品表现出了大致相似的差异,表明其对地表类型并不敏感。对气溶胶的分析表明:MODIS与MISR的550 nm气溶胶光学厚度(AOD)较为相似,其差异不足以解释DHR的差别;但是POLDER的865 nm AOD明显小于MISR,因此可以认为是由于POLDER的AOD估算偏低,导致了POLDER的DHR值大于MODIS与MISR。
针对山地丘陵等复杂地表下地形对遥感数据影响较大的情况,提出了适合该区域的大气校正方法。该方法以MODIS数据为数据源,基于6S反演出陆地上空的气溶胶模式和光学厚度。使用同时相同区域的TM数据对CCD数据进行交叉定标,利用ATCOR3实现了对CBERS\|02星CCD数据进行大气校正。校正前后数据比较结果表明:该算法还原了下垫面原貌,尤其对山区丘陵等复杂地表具有很好效果。
在静止卫星红外云图上,用实际大气廓线的响应权重取代标准大气的响应权重,对利用时间序列差分法反演出的晴空区风矢,进行高度重新指定。然后对台风个例高度重新指定前、后的晴空区风矢进行了误差统计检验和分析,最后利用三维中尺度同化系统WRF\|3DVAR进行了敏感性试验。结果表明:利用实际大气廓线的权重响应进行高度指定优于标准热带大气廓线,晴空风矢高度主要分布在600~900 hPa之间;经高度重新指定后各高度层上的晴空区风矢的均方根差和标准差明显减小,风速偏差集中。同化经过高度重新指定的晴空区风矢能够减小台风路径预报误差。因此,对晴空区风矢进行高度重新指定能够改善晴空风矢产品的质量。
遥感产品的应用越来越受到各行各业的高度关注,因此定量遥感产品的真实性检验工作已是当务之急,也是近年来遥感领域研究的热点问题之一。首先总结了国内外学者在LAI遥感产品真实性检验中使用的方法和取得的研究进展,然后结合实例分析了黑河中游不同分辨率LAI产品的真实性检验。通过比较两种不同尺度转换方案得到1 km分辨率的LAI对MODIS LAI产品进行验证,并分析了LAI的尺度效应。结果表明:两种方案比较验证的相关系数为0.57和0.39,借助于高分辨率影像作为中间尺度验证MODIS LAI产品要比直接利用地面实测点尺度转换到低分辨率LAI图验证MODIS LAI产品更合理,且黑河中游MODIS LAI产品存在明显的低估现象,最大偏差达2.26。
针对目前热红外载荷辐射性能评价繁琐且无法业务化的现状,首先剖析了热红外载荷辐射性能评价的遥感机理,并以此设计了评价模型,然后基于C#与IDL的混合编程技术,采用模块化开发思想设计并实现了一种热红外载荷辐射性能评价系统。该系统集成大气辐射传输模型MODTRAN4的相关计算功能,并借助ACCESS管理系统数据。模拟数据验证表明:该系统可以从辐射定标、辐射分辨率和动态范围3方面对热红外载荷进行辐射性能评价,混编语言的使用避免了辐射传输模型复杂的操作步骤,合理的数据库设计便于数据的管理和维护,系统流程化的设计能够很好地满足业务化运行需要。同时,系统充分考虑了模块移植性和平台适用性,在统一的数据库标准下各功能子模块既可以单独执行,也可以集合成较大的模块执行,并降低了对硬件环境的需求。该系统是一个进行热红外载荷性能评价的有效工具,对我国热红外载荷性能评价具有指导意义,对热红外载荷的研制也有一定的参考价值。
激光雷达(LiDAR)即激光探测与测距,提供了一种快速、精确、高效地获取三维空间数据的方法。激光雷达技术为文化遗产的保护和管理提供了新的途径和方法。首先介绍激光雷达技术的原理和特点,然后详细论述激光雷达技术在文化遗产保护和管理中的应用,最后对激光雷达在文化遗产保护中存在的问题进行了分析并提出解决方案,为文化遗产保护和研究者提供新的思路和方法。
天宫一号(TG-1)搭载的高光谱成像仪获取了大量的高光谱数据,可用于国土资源、农林业和油气矿产等领域的研究。但由于遥感成像时会受到大气的干扰,因此需要首先进行大气校正,消除大气的影响,才能进行遥感定量分析与应用。利用准同步的中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)大气参数产品,结合6S辐射传输模型对天宫一号高光谱成像仪数据进行大气校正,并利用地面测量光谱和同步MODIS反射率数据对结果进行了验证。结果表明:经过大气校正后,天宫一号高光谱成像仪数据和地面测量光谱一致性较好,所有样点的相关系数都大于0.97,最大均方根误差为0.088。和MODIS反射相比,各波段回归直线的斜率接近1,且R2都大于0.8。
基于热红外波段像元的分解与重构,对缨帽变换指数和归一化裸土指数进行逻辑组合,提出了一种新的裸土指数Bareness Index,并利用Landsat ETM+数据对珠江三角洲进行了裸土信息自动提取实验。结果表明:该方法在增强裸土信息的同时,可以有效抑制背景地物的干扰,并提高了检测精度,信息提取精度为84.7%。研究对区域土地利用类型分类精度的提高具有一定的理论与现实意义。
遥感水文模型的输入和输出数据中含有大量的具有时间和空间序列的图像数据。通过可视化分析,可以找出这些数据中隐含的规律。目前遥感水文时空序列数据可视化分析的各个过程相互分离,分析效率比较低,因此基于IDL(Interactive Data Language,交互式数据语言)进行了遥感水文时空序列数据可视化分析系统的开发,并将其应用于EcoHAT(Ecohydrological Assessment Tools,生态水文评价系统)系统的数据分析。利用IDL强大的图像处理和数据计算能力,实现了遥感水文时空序列数据管理、图像显示和图表绘制等功能,使得海量遥感水文数据得到了更高效的利用。
简要分析了地质灾害调查、监测、预警和救援等阶段对高分辨率遥感数据的需求;针对高分辨率遥感技术在地质灾害领域日益广泛的应用,地质灾害信息将呈现海量、异构和多元化等发展趋势,以地质灾害的区域特征为依据,从流域的尺度研究地质灾害信息管理模式,将地质灾害点、行政区划和流域分别作为对象,建立了多层次树状结构流域地质灾害编码体系,构建了基于高分辨率地质灾害信息“点—线—面”管理的技术框架,并通过原型系统进行了可行性验证,为拓展我国高分辨率遥感技术在地质灾害领域应用的深度和广度提供了思路。
利用遥感技术观测和反演水文、水循环等的重要参数的水遥感研究,是国际地球科学研究的重大研究主题。科技文献能够反映科学研究的发展动态和热点变化,以 SCIE科学引文索引数据库为数据源,利用专业数据分析工具 TDA(Thomson Data Analyzer)和Ucinet工具,对1994~2013年水遥感研究相关论文进行了定量分析。结果表明:水遥感研究论文20年来持续增速显著;美国发射多颗观测卫星而在该领域居于主导优势,高被引论文主要为卫星介绍和水体指数文章;水遥感研究主要集中于土壤水分、蒸散发、水资源、冰雪等研究,MODIS数据为主要应用的卫星数据。
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