基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

卫星激光测高数据在极地区域的应用及展望

极地冰盖、冰架和海冰变化监测对于极地的气候变化、物质平衡,有效应对全球气候变化有着重要的意义。卫星激光测高数据在极地区域的应用效果得到了广泛的认可,本研究系统地分析了卫星激光测高数据以及与其他数据源联合进行极地区域应用的研究进展,并对研究方法进行了综述,对研究结果进行了对比分析,希望能为国产高分七号卫星激光测高数据在极地的应用提供参考。     

HY-2A校正微波辐射计水汽数据的精度检验和校正

海洋二号卫星(HY-2A)校正微波辐射计(CMR)水汽产品是全球海洋水汽探测的重要数据源,对于全球天气系统演变和气候变化研究具有重要意义.以ECMWF数据为参考,对2015年CMR海洋、陆地、海冰等不同标识的水汽数据进行了全面的精度检验,分析了CMR海面水汽数据精度的时空分布特征,并对极地海域CMR陆地+海冰异常水汽数...     

南极威德尔海西北区域冬季海冰龙骨形态分析

极地海冰形态在风、流、浪等外界驱动力的作用下不断发生变化,观测极地海冰底面形态特征并分析其变化规律,有助于基于海冰粗糙度信息的冰厚遥感算法和海冰热动力学数值模拟参数化方案的优化,对深入理解极地海冰特征对气候变化的响应有重要意义。首先,基于机载电磁感应系统测得的南极威德尔海西北区域2006年冬季海冰底面起伏数据,建立以龙骨切断深度为辨识参数的非线性统计优化模型,从海冰底面形态中明确区分出局部起伏和龙骨;然后,利用统计方法分析龙骨形态参数,并对龙骨深度和频次的相关性进行分析;最后,通过构造的新参数T分析龙骨深度与脊帆高度之间的相关性。结果表明,威德尔海西北区域海冰的龙骨最优切断深度为3.8 m,龙骨间距是影响强度的主要因素;虽然不同类别海冰的变形程度差异显著,但龙骨形状变化却并不明显;龙骨深度与频次之间的对数相关关系能够很好地刻画龙骨的形态和分布特征;新参数T与龙骨深度之间存在较强的线性相关关系,相关系数为0.93。所提出的龙骨切断深度确定方法能够更精确地从海冰底面起伏中分离出龙骨,为海冰表面和底面形态相关性研究以及利用海冰表面高度反演底面深度和冰厚提供进一步的理论参考依据。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

基于GF-1的冬小麦遥感监测区域适用性分析

以湖北省为研究区,从地形地貌、种植结构、监测时相、谱段设置以及监测精度等方面综合分析了GF-1卫星数据在冬小麦种植面积遥感监测中的区域适用性。研究表明,GF-1卫星数据对江汉平原、鄂东沿江平原、鄂北岗地以及鄂东丘陵等地区的冬小麦遥感监测均有较好的适用性,其监测精度能够满足湖北省冬小麦大尺度遥感监测的精度要求,但难以达到小范围的遥感监测精度要求。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge“冰桥”科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度, 对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge"冰桥"科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度,对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

极地区域气溶胶地基遥感观测及分析

依据全球气溶胶自动观测网在极地区域的观测,对以下问题进行了讨论:(1)温度订正在极地气溶胶光学厚度观测中的重要性及订正方法;(2)在极地进行仪器常数标定的可行性分析及温度效应的影响;(3)利用天空散射光观测反演气溶胶微物理和光学特性参数(粒子谱分布、散射相函数、复折射指数、单次散射反照率等)时,关于观测几何选择的问题,以及针对极地区域气溶胶特性的初步反演结果。这些研究可以为中国未来在两极地区开展基于自动太阳-天空辐射计的气溶胶地基遥感观测提供参考,为极地区域气溶胶卫星遥感及气候效应评估等研究提供重要支撑。     

全球气候数据集生成及气候变化应用研究

科技部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"全球气候数据集生成及气候变化关键过程和要素监测"研究项目。项目围绕由全球气候观测系统提出的基本气候变量,完善地空天基观测体系,生成中国首套以遥感数据为主体的涵盖大气、海洋和陆表长时间序列、高精度、高时空一致性的产品,即气候数据集,动态监测全球变化关键过程和要素。     

基于遥感的植被年际变化及其与气候关系研究进展

植被具有明显的年际变化和季节变化特点,对植被的动态监测可以从一定程度上反映气候变化的趋势,因此监测植被动态变化以及分析这种变化与气候的关系已经成为全球变化研究的一个重要领域.随着遥感卫星获得长时间系列逐日观测数据,许多国际组织和机构制定了全球卫星数据接收、处理和生成数据集计划,所产生的标准数据集则极大地促进了该项研究.大量研究在全球尺度、洲际尺度（北美洲和欧亚大陆）以及区域尺度上广泛开展.在阅读国内外大量文献的基础上,比较分析了常用于植被监测的卫星传感器和主要数据集,汇总了植被年际变化及其与气候关系研究的主要研究方法和研究结果.结果表明近20年来全球植被活动明显增强,表现为北半球普遍存在增加的趋势,南半球干旱半干旱区出现降低的植被光合作用,但这些变化因空间位置不同和研究尺度不一样体现出不同的动态变化特征.气温和降水是影响植被变化的最主要的因素.     

基于Bootstrap算法的FY-3/MWRI北极海冰密集度反演

海冰作为全球气候系统的重要组成部分,不仅影响着大气与海洋环流,也是气候变化的重要指示器。海冰密集度是描述极地海冰极为重要的地球物理参数之一。本文基于风云三号卫星微波成像仪(MWRI)亮温数据开展北极海冰密集度反演研究,采用线性回归和阈值法确定了动态亮温系点值,利用天气滤波器和陆地污染修正法消除了天气和陆地对海冰密集度反演的影响,计算了2019年—2020年海冰范围和海冰面积并与同类产品进行了比对。结果表明,本研究获取的北极海冰密集度产品与NSIDC发布的海冰密集度产品有较高的相关性,海冰密集度的差异在冬季小于3%,夏季小于8%。利用SAR数据进行了不同产品的结果评估,结果表明本文算法的反演结果优于NASA Team算法,在冬季精度约有1%的提升,在夏季精度约有4%左右的提升。动态亮温系点值较好地反映了海冰辐射特性的季节变化。本研究为中国自主卫星的海冰密集度产品的业务化发布奠定了基础。     

全球气候变化背景下极地冰盖关键参数遥感观测验证EI北大核心CSCD

在当前全球气候变暖背景下,极地冰盖关键过程和重要参数研究对揭示极地冰盖对全球海平面变化的影响,提高海平面上升贡献的预测精度至关重要。极地科学考察的实地观测数据可以为遥感观测提供校准和验证,降低遥感反演的不确定性。本文基于同济大学全球变化研究团队近年来针对极地冰盖关键参数的测绘遥感与现场考察工作,重点阐述在极地科考观测验证和数据处理方面的研究,包括在南极冰盖的新型测高卫星的空-地协同验证、卫星角反射器布设、粒雪层内部温度观测与模型验证、多平台无人机海冰探测和雪冰环境调查,以及格陵兰冰盖质量变化评估等。最后,本文对未来的极地科考验证计划进行了展望。     

1982-2013年青藏高原植被动态变化时序分析

针对不同的数据源及时间和空间尺度会使植被覆盖度及其与气象因子影响的结果有所差别这一情况,该文基于青藏高原1982-2012年GIMMS NDVI和2001-2013年MODIS NDVI遥感数据集,结合研究区内12个典型的气象站点数据,进行了青藏高原地区植被覆盖时空动态变化规律及其与气象因子响应的时序分析,并利用重合时间段的数据对比分析了两种传感器在青藏高原地区对植被动态变化监测方面的差异.结果表明:近30年来,青藏高原地区植被呈整体改善趋势,尤其是高海拔地区;不同阶段植被的变化趋势有所不同;两种传感器在反映植被动态变化趋势上差异显著,但两者与气候因子的响应规律相同.     

小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验

遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合观测试验,本文旨在介绍该试验的目标、区域、观测参数、观测方法以及对未来研究的展望,以期望为今后开展其他遥感试验及相关研究提供有益的参考和帮助。该试验采用星机地协同综合观测的方式,选择主要的在轨运行卫星数据及覆盖此流域的遥感产品作为主要数据;针对典型区域开展航空及无人机遥感试验,搭载光学传感器设备,获取典型区域水热循环、碳循环等关键参数;并同步开展地面观测试验,在典型实验区开展大气、植被和土壤关键参数的精细观测。目前已系统的开展了地面测量试验、无人机遥感试验及航空遥感试验,并同步收集了卫星遥感数据,形成了一套丰富的星—机—地配套遥感实测数据集。在试验的推动下,遥感科学国家重点实验室于2020年在试验区架设了多座综合观测塔,并配置了多种观测设备,开启了长时间序列观测任务,虚拟试验场的构建和机理生态模型的运行也在同步开展。小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验利用星—机—地一体化的监测方法有效获取了地表水、能量和碳循环的关键参数,为遥感机理模型发展、反演方法检验和尺度转换研究提供了关键的基础数据。目前已用来建立遥感机理模型的综合检验平台,分析和改进传统模型和遥感产品在复杂地表的适用性,阐明流域尺度碳水耦合的物理过程。     

基于TerraSAR-X全极化数据的北极地区海冰信息提取

北极地区海冰既受全球气候变化的影响,同时也影响着全球气候的变化,因此,北极地区已成为研究全球气候变化的热点区域之一。然而,由于北极地区环境恶劣,传统的实地勘测方法成本高,且难度较大。遥感技术,特别是合成孔径雷达(SAR)和全极化SAR技术的迅速发展,为北极地区海冰信息的提取提供了更加有效的数据获取方法。以TerraSAR-X全极化数据为基础,采用SEATH(separability and thresholds)面向对象影像分析方法,评估各种极化特征用于提取北极地区海冰信息的能力,并通过分类实验对其结果进行验证。研究表明:|VV|,T11和SPAN等极化特征对海冰具有较好的区分度,这将为大范围的北极地区海冰信息提取以及海冰监测卫星的参数设计提供理论基础。     

基于高光谱影像的渤海海冰遥感监测研究

监督分类方法是海冰遥感监测中常用的有效方法,但不同的监督分类方法以及波段选择,在海冰识别中的精度有较大差异。为提高海冰监测的精度,本文使用高光谱传感器提供的可见光、近红外波段的连续成像光谱信息,对比了不同的波段组合在多种分类方法中海冰提取的精度,分析了不同波段组合、不同分类方法在海冰监测上的优缺点,最终得出海冰监测中最佳的波段组合以及最适宜的监督分类方法。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

Landsat时序数据支持下的藏东南植被时空变化监测

本文利用GEE平台和1990—2019年巴宜区Landsat遥感影像,采用像元二分模型、相关性分析等方法分析了巴宜区植被覆盖度的时空变化特征与驱动力。研究结果表明：①1990—2019年巴宜区植被覆盖度总体呈稳中有增的趋势,其中,河谷区域增加明显,而高海拔区域相对稳定;②1990—2019年巴宜区气温呈显著升高,降水略有下降,总体呈“暖干化”,气温较降水量对植被覆盖变化更明显,但气候变化对植被覆盖变化影响总体不明显;③1990—2019年巴宜区植被覆盖变化与人类活动有很好的相关性,其中,低、中低、中、中高植被覆盖区域,呈显著的负相关,而高植被覆盖区域呈正相关。本文基于遥感大数据和地理云计算的植被覆盖监测动态监测和定量分析方法,能对高山峡谷区生态评估和演替分析提供一定的技术支撑和科学数据。     

北极遥感海冰密集度数据的比较和评估

本文利用2012年夏季中国第五次北极科学考察期间雪龙船在北极东北航道走航观测的海冰密集度数据(OBS-SIC),初步评估了7种基于被动微波遥感的海冰密集度产品(PM-SIC)。7种PM-SIC因传感器和反演方法不同,分辨率差异较大(4—25 km)。在海盆尺度的海冰范围反演上7种PM-SIC基本相同,但对小范围浮冰区的反演差异较大。与MODIS可见光图像对比发现,MASAM数据(4 km)对局部小区域海冰刻画较好,是研究近岸区域或海峡岛屿海冰覆盖范围或面积时的首选产品;7种PM-SIC纬向平均后对比分析显示,不同PM-SIC对网格内是否存在海冰的判断基本一致,但对网格内海冰所占的比例(密集度)判断差异较大。结合OBS-SIC按航线、区域、密集度大小3种不同情况对7种PM-SIC进行分类定量评估,结果表明基于AMSR2传感器的AMSR2/ASI和AMSR2/Bootstrap数据与OBS-SIC偏差较小,平均偏差约±1%,均方根偏差仅11%和12%;而SSMIS/NT数据的偏差最大,平均偏差约–15%,均方根偏差为21%,其严重低估了网格内的海冰密集度值;因此具有更高分辨率的AMSR2/ASI数据(6.25 km)是关注海冰密集度大小时的首选产品。