利用独立分量分析进行火山灰云遥感检测

火山灰云不但引起全球气候和环境系统的重大变化,而且还会威胁航空安全。热红外遥感技术为检测火山灰云提供了新手段,但是遥感数据自身的冗余和波段相关性大大降低了火山灰云的检测精度。独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)能够实现遥感数据的去相关和消除冗余,在火山灰云检测中具有一定的潜力。通过探索火山灰云的物理、化学性质,文中以2010年4月19日冰岛艾雅法拉(Eyjafjallajokull)火山灰云MODIS图像为数据源,在对MODIS数据进行主成分分析处理的基础上,利用ICA进行火山灰云检测。结果表明:ICA能够较好地从MODIS图像中获取火山灰云信息,所得结果与美国地质调查局标准光谱数据库和火山灰云SO2浓度分布具有较好的一致性,取得了较好的检测效果。     

复杂气象条件下火山灰云遥感监测新方法

火山灰云是严重影响航空飞行安全的因素之一.从长期来看,大规模的火山灰云还对全球气候和环境产生深远影响.在国际上普遍应用＂分裂窗亮温差算法＂监测火山灰云的基础上,针对＂分裂窗亮温差算法＂受气象云、冰雪等复杂气象条件影响而容易产生误差的问题,构建了基于我国自主新一代极轨气象卫星FY-3A/MERSI和VIRR数据融合技术的短波红外-热红外火山灰云算法（SWIR-TIR Volcanic Ash method,STVA）.比较了STVA算法、＂分裂窗亮温差算法＂在冰岛艾雅法拉冰河火山爆发中的应用效果.结果表明：与分裂窗亮温差算法相比,STVA算法能够较好地将火山灰云和其他地物区分出来,且不受气象云和海洋的影响.利用欧洲Metop-A卫星资料计算的火山灰云遥感监测产品以及美国Terra/MODIS短波红外和热红外光谱数据对STVA的应用能力进行了对比验证和误差分析,证明了基于FY-3A卫星数据的STVA算法具有良好的稳定性和准确性,表明该方法在全球火山灰云监测中具有应用潜力.     

南极冰盖物质平衡变化的卫星遥感监测现状与发展趋势

南极冰盖物质平衡对全球海平面变化影响巨大,提高南极冰盖物质平衡估算精度对实现全球海平面变化趋势准确预测至关重要.卫星遥感技术的发展,特别是极地卫星对南极冰盖系统监测能力的提升,有助于认识、保护和利用南极,解决极地科学国际前沿难题.揭示南极冰盖对全球气候环境的响应及其反馈机制,对深化人类对南极的科学认知也具有重要意义.本文首先系统总结了用于南极冰盖监测卫星的发展现状及现有的卫星遥感数据产品序列,然后讨论了运用遥感卫星监测南极物质平衡的主要方法和研究进展,并对南极卫星遥感技术的最新进展进行了分析.最后在我国极地遥感卫星发展方面提出了建议,旨在进一步提升我国对极地冰盖变化和全球海平面上升的长期观测及预测能力,为相关应对策略的制定提供有力的科学支撑.     

湖泊水情遥感研究进展

湖泊作为最直接的淡水资源之一,在人类的生产、生活各方面都占据至关重要的地位.受到全球气候变化与人类活动的影响,湖泊正在发生急剧变化,因而有必要对其进行快速、准确的时空变化监测,从而为水资源管理与保护、未来气候变化预警提供依据.遥感技术的产生与发展为大范围、实时动态的湖泊变化监测提供了难得的契机,它克服了人类对湖泊实地考察的局限性.本文对现有国内外湖泊水情遥感监测技术与方法进行了综合梳理,主要综述了国内外在湖泊水域范围提取、湖泊水位提取、湖泊水量估算、流域水文过程等方面的遥感研究进展情况,重点总结了该领域近年来提出的新方法和新技术.最后,结合当前遥感技术的发展,对未来遥感在湖泊动态变化监测中的应用潜力和趋势进行了简要论述,并对多源遥感数据融合与云计算平台的结合在地表水体连续变化监测中的应用进行了展望.     

多种对地观测技术及Google Earth技术应用于土地利用/覆被变化建库

为克服传统生态环境监测周期长,可靠性差,精度低的局限性,提出利用多种对地观测技术及Google Earth 技术进行土地利用/覆被变化监测方法.即利用新近获取的遥感影像为信息源,以原有的遥感影像解译数据为基础,对新遥感影像进行土地利用/覆被变化解译,修改旧遥感解译数据库;利用Google Earth上具有的高分辨率遥感影像,在室内对解译过程中的不确定地物进行补判;利用手持GPS接收机在野外对解译结果进行核查,并更新数据库;利用GIS空间分析功能,提取出高精度土地利用/覆被变化信息.实验选取近年旱涝灾害严重的四川作为研究对象,研究结果表明利用多种对地观测技术及Google Earth技术可以有效的对土地利用/覆被变化进行动态监测,并对下一步研究方向进行了探讨.     

太湖蓝藻爆发与水温的关系的MODIS遥感

利用MODIS高光谱遥感数据动态监测太湖地区蓝藻水华发展过程,并结合水温环境因子,探讨蓝藻爆发的环境条件.首先,通过简单的比值植被指数,实现蓝藻生物量的遥感估算;根据六期遥感估算结果,监测太湖蓝藻动态发展过程.然后,利用MODIS热红外波段(31和32),采用分裂窗算法,同步反演出的太湖表面水体温度,探讨蓝藻爆发的水温条件,及蓝藻生长与水-温度之间的关系.研究结果表明,在水体富营养化前提下,水体温度是影响蓝藻生长的重要环境因子;合适的水体温度(24-30℃)是蓝藻爆发的必要条件;大于30℃的高温,对蓝藻的生长有明显的抑制作用.     

富营养化水体浮游植物遥感监测研究进展

随着湖泊流域经济的快速发展,蓝藻水华频繁暴发的现象越来越严重,水体富营养化已经成为国内外重大环境问题.浮游植物是水体的初级生产者,是衡量水体富营养化程度的主要指标之一,遥感技术则是探测水体浮游植物时空分布的重要手段.在收集整理近千篇国内外水体浮游植物遥感研究论文的基础上,从卫星数据源、研究内容及研究方法等角度,总结了遥感技术在富营养化湖泊浮游植物监测应用的历史进展、研究重点及发展趋势.研究表明,现有的富营养化水体浮游植物遥感研究,以湖泊蓝藻水华问题为切入点,研究视角由水体表层(藻华面积、色素浓度)转至水下三维(藻总量),研究方法从定性识别转向定量反演,研究内容从监测蓝藻水华推进到探测不同类群蓝藻,逐渐形成了以应用为导向,"MODIS/VIIRS大中型湖泊日常监测—GF/Sentinel2小型湖泊针对性监测—无人机应急监测"的浮游植物遥感综合监测体系.上述研究梳理了富营养化水体浮游植物遥感监测湖泊水环境学科的发展动向,以期为从事蓝藻水华生态灾害监测和预警人员提供重要的技术支撑和理论参考.     

基于水分距平指数的2006年四川盆地东部特大干旱遥感响应分析

针对四川盆地东部的2006年特大干旱, 分析MODIS遥感观测资料对旱情的响应, 以探求区域干旱遥感监测的可操作性方案. 首先, 依据地面气象和水文观测初步估算了旱情的发展过程和空间分布范围, 利用MODIS产品计算了2001~2006年夏季每8天的地表水分遥感指数; 然后, 构造并计算了地表水分距平遥感指数, 用之检验了四川盆地东部特大干旱的遥感响应; 最后, 基于地表水分距平遥感指数分析了不同植被覆盖类型对干旱的敏感性. 研究结果表明: 该距平指数对水分盈缺敏感, 优于基于绝对含水量的遥感监测方法, 准确提取了四川盆地东部2006年特大干旱的时空格局, 重建了旱情的发展和消退历程, 同相关旱情统计比较吻合. 同干旱的地面监测比较, 该方法不仅考虑了局地需水持水特性, 而且克服了观测站点的空间代表性局限, 能快速提供区域旱情的详细空间分布, 因此为区域干旱的日常监测提供了一个具可操作性的实用方案.     

基于MODIS数据的全国144个重点湖库营养状态监测:以2018年夏季为例

随着经济社会的快速发展和进步,我国湖库水体富营养化情况越来越严重.卫星遥感在水体营养状态监测方面具有重要潜力,但基于卫星遥感的全国范围内湖库水体营养状态监测和分析方面还鲜有研究.本文基于2018夏季的MODIS卫星遥感数据生产FUI指数产品,构建基于FUI水色指数的湖库营养状态评价方法,监测全国范围内144个重点湖库水体的营养状态等级.结果表明：贫营养、中营养、富营养的湖库比例分别为16%、24%、60%;营养状态在空间上分布不均匀,总体上呈现东高西低的现象;东北山地与平原和东部平原湖区以富营养状态水体为主;西部湖库水体以贫到中营养状态为主,尤其是青藏高原湖区贫营养比例比较高;海拔和地表温度等自然因素与工业点源和农业面源污染等人为因素是湖库营养状态的重要影响因素.     

基于多源遥感数据陆面大气水汽反演的物理统计算法研究

大气水汽对全球以及区域气候变化有着极其重要的影响,因而精确的获取水汽数据一直是非常重要的研究课题.单一传感器的遥感水汽反演算法有一定的局限,本文致力于发展一个基于多源遥感数据的水汽反演物理统计算法,该算法还能有效解决有云情况下的水汽反演.通过将晴空条件下近红外水汽反演结果与基于微波23.8 GHz的水汽敏感波段的组合指数进行回归,再将有云覆盖区域的微波指数代入到回归反演模型,从而获得有云覆盖条件下的水汽结果,实现有云条件下的水汽反演,对基于光学波段的水汽反演结果进行补充.不同的地表覆盖会对裸土表面的微波辐射有不同的影响作用,本文的算法还利用地表覆盖数据有效消除了这一影响,针对不同的地表覆盖,分别进行回归模型的建立.最后将该算法反演的结果与地基GPS的水汽监测数据进行对比,有云条件下的均方根误差为8 mm,且利用本算法可以较好的对光学数据进行补充,具有良好的空间一致性.     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Distribution of throughfall and stemflow in multi‐strata agroforestry,perennial monoculture,fallow and primary forest in central Amazonia,Brazil

The partitioning of rain water into throughfall, stemflow and interception loss when passing through plant canopies depends on properties of the respective plant species, such as leaf area and branch angles. In heterogeneous vegetation, such as tropical forest or polycultural systems, the presence of different plant species may consequently result in a mosaic of situations with respect to quantity and quality of water inputs into the soil. As these processes influence not only the water availability for the plants, but also water infiltration and nutrient leaching, the understanding of plant effects on the repartitioning of rain water may help in the optimization of land use systems and management practices. We measured throughfall and stemflow in a perennial polyculture (multi‐strata agroforestry), monocultures of peach palm (Bactris gasipaes) for fruit and for palmito, a monoculture of cupuaçu (Theobroma grandiflorum), spontaneous fallow and primary forest during one year in central Amazonia, Brazil. The effect on rain water partitioning was measured separately for four useful tree species in the polyculture and for two tree species in the primary forest. Throughfall at two stem distances, and stemflow, differed significantly between tree species, resulting in pronounced spatial patterns of water input into the soil in the polyculture system. For two tree species, peach palm for fruit (Bactris gasipaes) and Brazil nut trees (Bertholletia excelsa), the water input into the soil near the stem was significantly higher than the open‐area rainfall. This could lead to increased nutrient leaching when fertilizer is applied close to the stem of these trees. In the primary forest, such spatial patterns could also be detected, with significantly higher water input near a palm (Oenocarpus bacaba) than near a dicotyledonous tree species (Eschweilera sp.). Interception losses were 6·4% in the polyculture, 13·9 and 12·3% in the peach palm monocultures for fruit and for palmito, respectively, 0·5% in the cupuaçu monoculture and 3·1% in the fallow. With more than 20% of the open‐area rainfall, the highest stemflow contributions to the water input into the soil were measured in the palm monocultures and in the fallow. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Anthropogenic Eutrophication and Red Tide Outbreak in Lacustrine Systems of the Kashmir Himalaya

Red tide, a recurrent phenomenon has become conspicuous in several Kashmir lake ecosystems since 1991. The responsible organism (Euglena pedunculata), a rare flagellate rediscovered in the Kashmir Himalaya (Khan 1993) caused first and unprecedented red tide outbreak, constituting a maximum of 96% of resident numerical phytoplankton density in Dal Lake. At present, conflicting hypotheses exist on the generation of causal assemblage(s) imparting redness to waters: Jeeji Bai (1991) linked its origin to acid precipitation – a fallout of burning oil‐fields during the Gulf War – whilst Khan (1993) holds local factor(s) responsible. Field/experimental studies support the latter contention that the influx of untreated sewage, in unison with warm temperatures, high levels of PhAR, iron and interruption to hydrological flow‐pattern together with absence/or reduction in grazing activity created conducive environmental milieu for red tide outbreak. Dal Lake “red tide” drifted the bloom‐inoculum to other waters, including Lake Wular, where additional ecological niches were carved out, threatening the aesthetic value and biological diversity of Kashmir lakes. Ecological monitoring indicates frequent seasonal red tide occurrence in Dal Lake (including summer‐autumn event of 1998) which testifies its unabated eutrophication status. Further studies are needed on ecological adaptability and biogeographic distribution of this rare and unique red tide‐causing flagellate.