利用ASTER资料估算黑河中游沙漠和绿洲地区夏季地表温度

利用美国宇航局地球观测系统EOS-Terra卫星所搭载高级空基热发射反射辐射计(ASTER)5个热红外通道遥感资料,并结合三种地表温度反演算法和可见近红外信息,估算2003年夏季黑河中游地区沙漠和绿洲景观下地表温度空间分布。分析发现三种方法估算的地表温度比较接近,且反演值与地面观测值较为一致,能够作为陆面过程研究输入数据。其中,估算的水体温度主要介于19.0~21.0℃,绿洲内农田温度分布于27.0~29.0℃,荒漠戈壁地表温度分布于40.0~60.0℃;在绿洲内,由植被覆盖度参数化比辐射率方法（Pv方法）所估算地表温度值最低,Alpha导出比辐射率方法(ADE方法)估算值最高,由温度比辐射率分离方法(TES方法)估算值介于二者之间;荒漠戈壁区域Pv方法地表温度估算值最高,ADE方法估算值最低,TES方法估算值仍然介于前两者之间;绿洲和荒漠戈壁均具有较大地表温度空间变率。利用有关比辐射率光谱库地物观测数据拟合出一个经验公式以获取地物宽通道比辐射率。分析计算表明,地物目标在较大地表环境温度变化范围内,利用地物宽通道比辐射率计算地表长波辐射最大绝对误差不超过8.0 W·m-2。     

基于HJ-1B/CCD地表反照率的估算

地表反照率是入射太阳能被地表反射的比分,决定地表吸收太阳辐射能的多少,是影响地表能量收支的关键参数.该文使用6S大气辐射传输模型对环境星的多光谱CCD数据进行大气纠正,并利用其观测角度信息,分别基于统计模型和BRDF模型估算研究区不同地表覆盖类型的窄波段地表反照率,并实现窄波段向宽波段反照率的转换.将宽波段反照率与MODIS反照率产品数据进行对比分析,对不同的地表覆盖类型选择模型的适宜性做出分析评价:对于水体,基于朗伯面假设采用统计模型效果较好,相对误差为9.2％;对于植被及非植被覆盖区,采用二向反射模型较合适,相对误差分别为4.02％和5.6％,都能够满足应用需求.     

基于MODIS数据的陕西省地表温度的空间分布研究

由热红外波段获得的影像是地物发射的热辐射量的直接记录,可用于地面温度和热量空间分布的动态监测。本文利用MODIS数据可见光波段b1、近红外波段b2和中红外波段b19,获得所需要的两个基本参数：地表比辐射率与大气透过率;然后对于热红外波段b31、b32,运用劈窗算法反演出陕西省地表温度：并与陆面实际状况进行了对照分析。结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合陕西省实际地表状况;另外也为应用MODIS热红外波段数据进行大范围实时监测地表温度提供了新的途径。     

近10 年我国地表比辐射率的时空变化

基于Terra-MODIS L3 级产品MOD11C3,得到2001-2010 年10 年我国地表比辐射率时空数据集。结果表明,我国地表比辐射率最小的区域是西北沙漠地带,该区域比辐射率一年四季变化不大、分布范围固定。东北地区和北疆地区、青藏高原地区、长江中下游和华东华南地区等区域比辐射率变化明显。冬季,东北地区、北疆地区地表比辐射率比较大。青藏高原地区11 月-次年3 月维持在一个中低比辐射率水平,其他月份比辐射率则呈现增大趋势。长江中下游、华东、华南和四川盆地地区的比辐射率7-10 月减小,其中8 月份面积达到最大。低比辐射率区(0.6163~0.9638)、中低比辐射率区(0.9639~0.9709)、中比辐射率区(0.9710~0.9724)所占面积都不大,分别维持在20%、10%、20%左右;中高比辐射率区(0.9725~0.9738) 所占范围最大,达到我国陆地面积的40%~50%,且变化十分明显,表现出明显的波峰、波谷变化,春季和秋季是波峰、夏季和冬季是波谷;高比辐射率区(0.9739~0.9999) 面积变化也很明显,冬季是一个明显的波峰,面积可达10%,而其他季节则维持在1%、2%以下。我国地表比辐射率时空分布与温度之间呈现一定的相关关系,比辐射率越高、气温越低。     

基于混合像元分解模型的TM6/ETM+热红外波段地表比辐射率估算

地表比辐射率是热红外遥感中的关键参数,在TM6/ETM+热红外波段地表比辐射率估算过程中亟待解决的是混合像元问题.针对该问题选取湖南省张家界永定区TM6影像,基于混合像元分解模型,综合采用散点图和PPI方法提取端元,得出研究区平均比辐射率估算值为0.988.经验证发现纯净像元比辐射率估算精度较高,估算值与实际值的偏差均小于0.003,4种不同土地利用类型的估算精度由高到低依次为水域、林地、耕地和建设用地.     

中国比辐射率空间分布特征分析

使用2003-2013年MOD/MYD11C3地表比辐射率光谱数据、MOD/MYD13C2植被指数光谱数据,合成全国各月地表比辐射率、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。基于DEM数据分析比辐射率与NDVI随海拔、坡向的变化规律。结果表明:(1)比辐射率低值段(0.960~0.970)主要分布在我国西北荒漠地区,面积比例全年变化不显著,代表了干燥裸土下低比辐射率的特征;中值段(0.970~0.975)分布于我国大部分植被覆盖地区,面积比例夏高冬低,代表植被覆盖下混合像元的中比辐射率特征;高值段(0.975~0.980)位于我国部分高海拔和高纬度地区,面积比例冬高夏低,代表冰雪与植被混合像元的高比辐射率特征。(2)比辐射率与NDVI随坡向变化呈明显的"双峰双谷"分布。东南坡、西坡为峰值,最大值位于东南坡;南坡、北坡为谷值,最小值位于北坡。两者变化一致性很高。受不同坡向太阳方位角下的地形敏感性与植被覆盖综合影响,比辐射率表现出随坡向的峰谷变化规律。(3)随海拔升高,比辐射率呈垂直地带性变化。存在3个下降区:250 m~1250 m、2500 m~3000 m和4750 m~6000 m;3个上升区:1250 m~2500 m、3000 m~4750 m和6000 m~6500 m。这与NDVI随海拔变化特征类似,反映垂直下垫面植被变化对比辐射率空间分布的影响。     

高光谱热红外数据反演地表温度与比辐射率方法研究

地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性和相关遥感应用的有效性。多光谱热红外反演温度和比辐射率受到陆地表面类型复杂而观测信息不足的限制,很难同时反演出精确的地表温度数值和地表比辐射率数值。高光谱热红外传感器的出现,为更好地解决这一难题带来了机遇。利用高光谱热红外数据的优势和特性,提出了一种基于大气下行辐射残余指标(DRRI)的方法,实现了地表温度与地表比辐射率的准确分离。通过高光谱热红外模拟数据的反演实验表明DRRI方法具有运算速度快、结果精度高、抗噪声干扰能力强等优点。该方法能够应用于野外测量的高光谱热红外数据以及经准确大气校正后的星载高光谱热红外数据。     

基于ETM+与MODIS数据融合的伊洛河流域地表蒸散估算

MODIS数据时间分辨率较高,在对地能量和水分变化监测应用中具有不可比拟的优势。但其空间分辨率较低,混合象元效应显著,尤其在地表土地利用类型复杂和空间异质性较大时,会带来较大的误差。而ETM+数据具备较高的空间分辨率,但其单一的热红外波段导致反演的地表温度精度不高,且时间分辨率低,因而限制了在地表蒸散监测中的应用。本文探讨了将TM/ETM+与MODIS数据相融合估算区域地表蒸散的一种多尺度遥感方法,利用TM/ETM+计算得到的植被指数,基于空间增强方法将MODIS反演的地表温度尺度提高到30 m,并结合SEBS模型对伊洛河流域的地表蒸散进行了估算。验证与分析的结果表明,估算精度得到提高,研究区当日蒸散量在0～5.32 mm/d之间,空间分布具有明显的地域性差异,区域分布不均衡。     

基于MODIS数据新疆土壤干旱特征分析

干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着新疆的农业生产。利用中分辨率成像光谱仪MODIS影像MOD11A2数据和MOD13A2数据,数字高程模型(DEM)对Ts进行了纠正,提取归一化植被指数(NDVI)和地表温度(Ts)构建NDVI-Ts特征空间,并依据特征空间计算的温度植被干旱指数(TVDI)作为监测土壤湿度指标,反演了新疆2013年5、6、7三个月每16 d的土壤湿度。较好地反映地表图层土壤湿度,分析了新疆土壤湿度的时空分布特征,新疆北部地区土壤湿度高于南部,西部的土壤湿度高于东部,且土壤湿度由西北向东南逐步减小,依次表现为湿润>正常>轻旱>中旱>重旱>极旱;由5月到7月土壤湿度不断增大,这与新疆降水量分布和实地土壤含水率十分吻合,监测结果可信,能够为决策部门防旱抗旱提供有力的信息支持。     

基于MODIS影像的土地覆被分类研究——以京津冀地区为例

在全球变化研究中,如何快速、准确获取土地覆被信息对该项研究有着至关重要的作用.随着遥感科学的不断发展和应用领域的深入,研究者可以利用遥感影像进行土地覆被分类研究,并且具有准确、快速、自动化等优点.本文利用MODIS数据具有的多光谱、多时相特点,以京津冀地区为例,选取2013 年全年16-day 的MOD13Q1/EVI时间序列数据、2013 年5 月份一期的MOD09Q1(1、2 波段)和MOD09A1(3-7 波段)产品,并运用时间序列谐波分析法对全年MOD13Q1/EVI 时间序列数据进行去云、去噪的平滑重建处理,使其数据更能反映物候周期性变化规律.选择谐波分析后的全年MOD13Q1/EVI 时间序列数据、MODIS数据的1-7 波段地表反射率和NDWI(归一化差异水体指数)、MNDWI(改进归一化差异水体指数)和NDSI(土壤亮度指数),构建了3 种特征变量组合方案的CART决策树,分别进行京津冀地区的土地覆被分类研究.结果表明:方案一(全年EVI 的23 个时相)、方案二(方案一+MOD09 的1-7 波段地表反射率)和方案三(方案二+MNDWI+NDSI+NDWI)的总体分类精度分别达到86.70%、89.98%、91.34%,Kappa系数分别为84.94%、88.66%、90.20%.研究表明,仅利用MODIS遥感影像自身多种分类特征和决策树方法对宏观土地覆被分类就可达到较高精度,显示了本文分类方法在实践中的可行性及MODIS数据在区域尺度土地覆被分类研究方面的优势与潜力.     

中国主要沙尘暴源区稳定同位素背景值初步研究

采用稳定同位素方法,对中国沙尘暴主要源区塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地沙漠、库姆塔格沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地进行了采样分析。结果表明:22个样品¹⁸O和³⁰Si的δ值变化范围分别为9.6~14.8和-1.7~0.3,其中¹⁸O的δ值库姆塔格沙漠最大,柴达木盆地沙漠最小,³⁰Si的δ值毛乌素沙地最大,柴达木盆地沙漠最小。总体而言,样品中³⁰Si的δ值的变异系数要比¹⁸O的δ的变异系数大,因此³⁰Si更适合用于沙尘溯源。相邻的沙漠(沙地)呈现出³⁰Si的δ值相近的趋势,因此推断相邻的沙漠(沙地)沉积物可能来自同一地区。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。     

沙尘影响下海雾过程气溶胶和雾水组分特征

对2010年3月广东湛江东海岛海雾外场观测试验中获得的雾水样本和气溶胶资料进行分析,研究了海雾中气溶胶和雾水组分的特性以及沙尘过程对其演变的影响。结果表明：东海岛的气溶胶数浓度比内陆城市低1个数量级,环境相对清洁,其早晚的峰值明显,午后存在一个低值。气溶胶谱呈单峰分布,峰值半径为0.02~0.1 μm。雾日的气溶胶数浓度明显低于非雾日,最大值分别集中在0.05~0.1 μm和0.1~0.5 μm。雾过程开始后气溶胶数密度下降,尤其是小粒子端数密度减少显著;雾过程结束后气溶胶数密度会恢复到正常数值。受沙尘影响的过程中雾水中Ca²⁺和Mg²⁺明显增加,气溶胶粒子谱拓宽,直径大于1μm的气溶胶数密度高于其他雾过程;沙尘过境后气溶胶谱变窄,数密度显著减少,离子浓度较低。     

乌兰布和沙漠流动沙丘下风向降尘粒度特征

选择乌兰布和沙漠典型流动沙丘进行定点野外观测,分析了沙丘下风向不同距离及不同高度降尘的粒度特征及其来源。结果表明:乌兰布和沙漠降尘空间变化大,降尘以细沙为主,随着距离的增加,细沙物质逐渐减少,粉沙和极细沙含量显著增加。降尘平均粒径2.5~3.1 Φ,且随距离、高度的增加而变大。分选系数随着距离、高度的增加而变差; 2 m高度偏度近乎对称,若设沙丘高度为H,则只有在距离为8 H时正偏,高0.5 m处降尘在距沙丘0.5~1 H近对称,2~8 H皆是正偏;峰度随距离的增加逐渐变窄,且2 m高度的变化晚于0.5 m高度。乌兰布和沙漠降尘以局地物质为主,远源物质及区域物质比例很低。<70 μm的远源物质及区域物质的降尘与下风向距离呈正相关,主要来源于沙漠边缘的荒地、河湖沉积物、农田草地,而>70 μm的局地物质的降尘与下风向距离呈负相关,主要来源于沙丘下垫面沙粒的气流短距离输送。     

河西走廊入口区下垫面对沙尘天气影响的模拟研究

在利用常规观测资料统计分析2000—2011年和沙尘天气多发年河西走廊入口区代表站点春季风速分布特征的基础上,采用区域气候模式（Regcm4.3.5.6）和欧洲中心更新的4DVar同化的ERA-interim资料,分析了河西走廊入口区下垫面类型改变对2007年4月13日一次沙尘天气过程的影响。结果表明：沙尘暴爆发时,河西走廊为风速大值区,风速8～10 m·s^-1;区域气候模式模拟的沙尘特征量与站点观测的沙尘天气分布对比发现,模拟的沙尘区的发展变化能较好地表征这次沙尘天气过程的变化;河西走廊入口区植被由沙漠改为落叶阔叶林后,发生沙尘天气时该地区风速有所减小,减小平均值为3 m·s^-1,且风速越大,减小越明显。不同粒径沙尘的起沙率和沙尘粒子柱含量对下垫面类型改变的响应有所不同,减小量最大分别达到-50 mg·m^-2·d^-1和-50 mg·m^-2,0.01～5.0 μm粒径沙尘减小范围和强度相差不大,5.0～20 μm粒径沙尘由于粒径最大减小最明显,由于模式中考虑的2.5～5.0 μm粒径沙尘在大气中所占比例小,减小量级和范围最弱。改变下垫面类型使得起沙率和沙尘粒子柱含量在沙尘天气最强时刻减少最显著。     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

青海湖东岸沙地风成沉积物粒度敏感组分及其古气候意义

粒级-标准偏差的计算可用来提取沉积序列的粒度敏感组分。采用线性粒级和对数粒级两种粒度划分方法,对青海湖东岸沙地多个风成砂-古土壤沉积剖面进行了系统分析。结果表明：粒级划分对于敏感组分提取结果具有一定的影响,对数粒级提取的粗粒敏感组分比细粒组分具有更大标准偏差,而线性粒级的提取结果则显示细粒组分对于环境变化更为敏感;两种方法提取的细粒敏感组分差异较大,而较粗组分和粗粒组分较为一致。在运用粒级-标准偏差法提取环境敏感粒度指标时,两种划分方法都能有效地提取粗粒敏感组分,而在提取细粒敏感组分方面线性粒级较对数粒级划分法能取得更好的效果。采用线性粒级-标准偏差法提取了青海湖东岸沙地风成沉积物粒度敏感组分,发现黏粒组分（0~4μm）可以作为夏季风强度变化的替代性指标,中细砂组分（144~321μm）可以指示风沙活动的强弱,极细砂组分（60~126μm）可能受局部地形的影响较大,其古气候意义有待进一步查明。     

利用扫描电镜法统计颗粒粒径分布的最小样本量

对于微量沉积物,利用扫描电镜获得的颗粒图像统计粒度参数是一条有效的途径,但需要解决被统计颗粒的最小样本量这一基本问题。使用北京市区降尘、中国北方的淡黑钙土和栗钙土3种微量样品,利用S-4800型扫描电镜获得的图片,对颗粒平均粒径、标准差和标准误,以及偏度和峰态等粒度参数进行了统计分析,旨在确定不同平均粒径的微量样品的最小统计样本量。结果表明：对于平均粒径约25μm的降尘样品,最小样本量为800;平均粒径100μm的淡黑钙土,最小样本量为1100;平均粒径约180μm的栗钙土,最小样本量为1200。     

塔克拉玛干沙漠地区温压湿分布规律研究

根据塔克拉玛干沙漠周围近20个气象测站36 a冬季(1月)、夏季(7月)平均气温、气压、相对湿度和塔克拉玛干沙漠地区6个短期观测站近10 a的有关气象资料,对该地区冬、夏季平均温度、相对湿度、气压分布规律进行了系统研究,建立了冬季(1月)平均温度、夏季(7月)平均温度预测方程:T₁=31.0069-0.2038λ-0.4556h-0.003H;T₇=57.0155-0.6425h-0.0055H。同时,在此基础上,应用统计学导出的正态分布和U分布概率模式,预测了塔克拉玛干沙漠周围各测站冬夏季不同概率的设计值,并进行了χ²检验,通过率100%。以预测方程和概率模式揭示了塔克拉玛干沙漠地区冬夏季温、压、湿分布规律。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区风沙流输沙特征研究

利用多种积沙仪,通过野外实时输沙观测,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中的地表风沙流特征进行了分析,结论如下:(1)100 cm高度范围内,总输沙量的63.1%分布在20 cm高度内,72.4%分布在30 cm高度内,随高度的增加,输沙量呈负指数函数下降;由此可见,该地区的风沙活动主要集中在近地面20～30 cm高度范围内;(2...