利用Terra和Aqua双星MODIS数据协同研究沙尘暴

利用2005-04-28上午星Terra和下午星Aqua白天和晚上共4景MODIS数据对影响华北地区的一次沙尘暴进行了研究。对于白天的MODIS数据，利用热红外亮度温度差值法结合可见光近红外波段反射率阈值法，可以很好地把沙尘与背景地物和云分离开来；对于夜晚的MODIS数据，利用热红外亮度温度差值法也能较好地提取沙尘信息。研究表明，MODIS数据在沙尘暴等灾害研究方面具有很大的潜力。     

基于Landsat-8数据和MODIS数据的渤海海冰信息提取

渤海地区是我国经济最为发达的地区之一,但每年冬季该地区经常遭受不同程度的海冰灾害。截至目前,海冰灾害已经造成该地区石油平台多次倒塌,船舶受损和航运受阻,严重影响该地区的经济发展~([1])。本文基于2016年的Landsat-8辽东湾数据和MODIS渤海数据进行海冰范围的提取,并计算海冰的面积、密集度等信息,然后建立MODIS数据海冰的短波宽带反射率和厚度之间的对应关系,计算出海冰的厚度,从而对海冰实现分类。     

基于CBERS-04星田湾核电温排水遥感监测研究

选取2016-02-08的CBERS-04热红外数据,采用普适性单通道温度反演算法对田湾核电站附近海域的海水温度进行反演。将CBERS-04星反演结果与同时过境的MODIS温度反演结果及相似条件下的Landsat-8和HJ-1B温度反演结果进行对比分析。依据温度反演结果,分析了海温空间分布特征,探讨核电站对周围海域海水温度的影响。研究结果表明,CBERS-04星热红外数据与同时过境的MODIS数据反演得到的海表温度空间分布一致,线性相关性显著;MODIS数据因空间分辨率小,无法对核电周边海域进行有效监测;CBERS-04星可监测核电周边9个级别的热影响区,与相似潮汐状态和气象条件下的Landsat-8和HJ-1B具有相似的热影响级别、规模和空间分布特征,满足核电温排水的监测需求。     

MODIS影像支持下的渤海海冰时空特征变化分析

基于2000-2014年渤海区域每年冰期的MODIS影像数据,利用ENVI进行了数据处理并提取了海冰信息,通过ArcGIS软件对每年海冰结冰日、盛冰日、终冰日的具体时间及每年海冰最大面积数据进行了统计分析。研究结果表明,14年间渤海海冰的初冰日呈退后状态,盛冰日和终冰日均有所提前,整体冰期基本维持在70~100天。通过对最长冰期和最短冰期的海冰面积信息进行详细分析发现,渤海的冰期长短、盛冰日海冰面积和冰情等级三者之间密切相关。     

基于Landsat8的海冰表面温度反演算法研究

Landsat8影像被广泛应用于陆地表面温度的提取,但基于Landsat8的海冰表面温度产品依旧空缺,且无标准算法可循。基于Landsat8卫星搭载的TIRS传感器获取的热红外波段影像,利用3种常用的劈裂窗算法分别进行海冰表面温度反演,并将结果与浮标实测海冰表面温度数据和MODIS海冰表面温度产品进行了对比和验证。与浮标数据相比,DU C等的算法平均绝对误差和均方根误差最小,分别为1.718 6 K和2.621 3 K,可作为海冰表面温度反演的标准算法;而Jiménez-Mu?oz J C等的算法结果与MODIS冰温产品最为接近,适用于需与已有的MODIS冰温产品联合使用的情况,且两种算法的精度均优于已有的MODIS冰温产品;JIN M J等的算法在研究区域表现不佳。同时,与浮标数据相比,所有基于卫星影像反演的冰温产品在数值上总体偏低。     

基于HJ-1B星热红外数据的大亚湾海温反演模型及其应用

为进一步推进HJ-1B星IRS4热红外数据在大亚湾核电站温排水动态监测中的应用,基于常用的海表温度反演算法,利用数值微分手段,从理论上对影响温度反演误差的大气总水汽含量、卫星观测角度以及地物比辐射率等参数进行敏感性分析;以单窗算法为温度反演模型的基础,利用2011年12月18日和22日大亚湾核电站地区的HJ-1B星IRS4数据以及与卫星过境时段对应的CE312实测红外辐射温度和气象观测数据,通过最小二乘线性回归方法,对反演模型参数进行修正,得出单窗算法修正值a=1 163.4,b=-4.013 4。最后,基于反演模型,利用2010和2011年HJ-1B星IRS4单通道数据开展了大亚湾核电站温排水研究。     

渤海异常信息遥感快速检测技术研究

以渤海标准库影像为基准,对渤海海区动态影像进行变化检测。考虑背景环境、噪声等的影响,分析光谱变化成因以探测渤海遥感影像的可疑异常信息,根据异常信息探测结果指导该异常区域的精细判读,实现异常信息的提取。本文最后以短时出现的溢油和具有较长时间变化过程的海冰为例,开展了渤海异常信息遥感快速检测的试验和实现的技术途径,提取了渤海溢油信息以及海冰的动态变化过程,效果较好。     

基于HJ–CCD数据的海面溢油提取方法研究

快速、准确地获取溢油污染信息,对海洋的动态监测、保护和可持续利用具有重要意义。环境与灾害监测预报小卫星星座一号(HJ–1)是我国针对生态环境污染和灾害监测发射的新型卫星平台,但HJ–1 CCD多光谱数据的光谱波段较少,仅依赖光谱信息获取海面溢油范围的精度较低。因此,以墨西哥湾溢油事件为研究对象,在分析不同地物光谱特征的基础上,采用灰度共生矩阵,选择合适的纹理结构因子,提取HJ–1 CCD图像中影响溢油识别的地物纹理特征;建立光谱特征和纹理特征相结合的决策树模型,提取海面溢油信息,并与只考虑光谱信息的传统分类方法进行精度对比。结果表明,与最大似然分类法相比,决策树方法的油膜提取用户精度和制图精度分别提高了11.85%和4.28%。     

海冰微波辐射的数值模式和遥感实验测量

本文用多频段微波辐射计(1.4,3.09,5.4,36 GHz)对辽东湾和渤海湾的海冰热辐射进行了遥感测量。海冰模拟为一层介电强起伏的各向异性的随机介质。求解随机介质的辐射传输方程,得到海冰的辐射亮度温度。数值计算的结果与实验数据进行了比较,并对辐射亮度温度和海冰各种参数之间的函数关系进行了讨论。     

高光谱热红外星上辐亮度图像模拟及初步应用

基于卫星数据的热红外图像模拟可以为热红外大气校正、地表温度和发射率反演和前期验证提供数据支撑,同时也可以为热红外传感器的波段设置和优化提供参考。热红外图像模拟是进行热红外定量遥感研究的有效手段。本研究利用Terra星上搭载的ASTER（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer）遥感数据所反演得到的地表温度和发射率产品,基于高光谱辐射传输模型,模拟8—14 μm（714—1250 cm^-1）,波谱分辨率为0.25 cm^-1的星上TOA（Top of Atmosphere）高光谱热红外成像模拟数据。在此基础上,结合高光谱热红外图像数据的特点,实现了温度和发射率分离算法,以及对比了不同的基于图像的大气校正算法。结果显示,本文提出的热红外图像模拟方法可行,能够为评价不同的大气校正、温度和发射率分离算法提供有效的数据支撑。     

基于HJ-1C SAR数据的辽东湾海冰分类

针对海冰遥感分类问题,使用我国首颗民用合成孔径雷达卫星环境一号星(HJ-1C)图像的S波段VV极化SAR数据进行辽东湾海冰分类,提出了一种针对单极化SAR数据的海冰分类方法。使用基于SAR数据的3种海冰信息作为分类依据,即灰度信息、灰度共生矩阵纹理信息及基于平整冰面积百分比提取的平整冰密集度信息。研究结果表明,平整冰密集度信息是区分碎冰和风致纹理粗糙开阔水的有效信息。使用最大似然法与决策树融合的分类方法可以有效地识别封冻期辽东湾海域的碎冰、平整冰和开阔水3种类型,为海冰分类提供了一种新思路。     

北极区域SMAP与SMOS亮度温度数据交叉对比与定标

SMAP和SMOS卫星均能提供L波段被动微波亮度温度观测数据，能够获取海冰厚度、海冰密集度和冰面积雪厚度等参数，在北极海冰监测中具有重要作用。本文以北极海洋区域为研究区域，选取2015年—2020年SMAP L1B和SMOS L1C大气层顶表观亮度温度数据，研究SMAP固定入射角为40°的亮度温度和SMOS入射角为37.5°—42.5°亮度温度均值之间的一致性，并分析了极化、海冰类型、季节对一致性的影响，以SMAP亮度温度为基准，采用线性公式逐月对SMOS数据进行定标并得到各月份交叉定标的斜率和截距，并对定标精度进行评估。研究结果表明：（1） SMAP亮度温度整体上低于SMOS亮度温度，水平和垂直极化分别低2.0—3.0 K和3.0—4.5 K，均方根误差分别为4.5—6.0 K和5.0—6.0 K；在冬季，多年冰区域的偏差和均方根误差最小，一年冰次之，开阔水域最大；在夏季，海冰的偏差和均方根误差与开阔水域相近。（2）交叉定标的斜率和截距具有明显的季节特征，且不同月份定标系数的年际变化较小，可以根据月份获取稳定的定标系数。（3）定标后SMOS的亮度温度与SMAP的亮度温度具有较好的一致...     

利用全极化SAR数据的极化特征获取海冰密集度的算法

本文提出了一种利用全极化SAR数据的极化特征获取海冰密集度算法。首先,对全极化SAR数据进行多视化及滤波等预处理,以获取相干矩阵与协方差矩阵;其次,通过相干矩阵与协方差矩阵获取若干极化特征,对这些极化特征进行相关性与冗余性分析,构建最优特征空间;然后,将最优特征空间作为输入量放入神经网络分类器中,得到海冰分类结果;最后,根据海冰分类结果提取海冰密集度。选用拉布拉多南部海域2景全极化Radarsat-2影像获取海冰密集度,与业务化海冰密集度产品ASI-3125进行对比研究。本文算法结果与ASI-3125海冰密集度分布趋势基本一致,总体上略大于ASI-3125海冰密集度,标准差值分布为3.46%和6.82%,说明利用高分辨率全极化SAR数据在监测边缘区域小尺寸破碎海冰方面具有优势。     

NASA MODIS海冰产品评价分析——以辽东湾海冰监测为例

NASA开发的MODIS海冰产品可提供全球范围的海冰分布和冰表温度信息,但将其直接用于局地和区域海冰监测时,其精度还有待进一步验证.以辽东湾冬季海冰监测为例,对MODIS海冰产品进行了分析,发现该产品将区域内绝大部分海冰标识为云.根据NASA的海冰算法,利用反射率和冰表温度(Ice Surface Temperatur...     

机载高光谱热红外数据的地表温度和发射率反演与应用

机载高分辨率遥感是高分对地观测的重要部分,其中高分辨率高光谱热红外数据的光谱发射率可以用于矿物识别,是对可见光遥感地物识别的有效补充。机载高光谱热红外传感器TASI（Thermal Airborne Hyperspectral Imager）在8—11.5 μm范围内设置了32个波段,在国内外常被用于地表热辐射信息、矿产资源探测等领域。本文利用2018-10在新疆富蕴县研究区的TASI航空飞行数据,首先基于再分析大气廓线NCEP数据与MODTRAN实现了TASI高光谱热红外数据的大气校正,并在基础上发展了温度与发射率分离方法TES（Temperature and Emissivity Separation method）反演研究区地表温度与发射率,采用多波段热辐射计CE312测量的地面发射率对反演结果进行了有效验证,结果表明波长大于9.6 μm的波段的发射率误差约为0.01。最后,结合反演的TASI发射率光谱曲线,采用光谱角度匹配方法提取了研究区高岭石的空间分布。研究工作涉及的相关算法与应用成果可为星载高分辨率热红外载荷数据的应用提供了相关参考。     

基于被动微波遥感数据的冰间水道提取及验证

采用Aqua卫星搭载的微波扫描辐射计AMSR 2以及FY-3D卫星搭载的微波成像仪MWRI 89 GHz单通道被动微波亮温数据,利用空间滤波增强冰间水道的线状特征,结合系点线性插值的方法提取波弗特海和弗拉姆海峡的冰间水道,最后对提取结果形态学特征进行研究,并分析海冰密集度和冰间水道的关系,结果表明被动微波对尺度较大的冰间水道具有较好的提取效果.在形态学特征上,被动微波亮温数据具有提取宽度大于1/3像元分辨率的冰间水道的可能性,但提取水道总面积略小于热红外遥感提取结果.通过LSD算法得到的冰间水道长度被动微波数据源整体上是MODIS数据的2倍.利用最小外接矩形统计从AMSR 2、MWRI提取出来的冰间水道其宽度分布均服从幂律分布的规律.冰间水道面积占比与海冰密集度呈现负相关的关系.     

Landsat卫星热红外数据地表温度遥感反演研究进展

作为驱动地表与大气之间能量交换的关键物理量,地表温度在众多领域中都发挥着重要作用,包括气候变化、环境监测、蒸散发估算以及地热异常勘探等。Landsat热红外数据因其时间连续性和高空间分辨率等特点被广泛应用于地表温度反演中。本文详细地介绍了Landsat热红外传感器及其可用的数据与产品的现状,梳理了2001年—2020年20年间基于Landsat热红外数据的地表温度遥感反演与应用的相关文献发表及互引情况,系统地综述了基于Landsat热红外数据的地表温度反演算法,包括基于辐射传输方程的算法、单窗算法、普适性单通道算法、实用单通道算法和分裂窗算法等。在此基础上,进一步介绍了每种算法的参数化方案,包括地表比辐射率和大气参数的估算方法。最后针对Landsat热红外数据地表温度遥感反演提出了未来可能的发展趋势与研究方向。     

利用多源遥感数据识别波弗特海冰间水道

采用MODIS可见光反射率、热红外亮温和RadarSat-2双极化后向散射等多源数据，通过建立决策树综合判断来识别波弗特海域冬季的冰间水道及其内部冰型，并进行精度评价。研究发现，MODIS热红外只能粗略提取冰间水道轮廓；而高分辨率的RadarSat-2影像可以提供更多海冰类型信息，但是不同冰型的后向散射信号有重叠，影响水道提取的精度。研究结合多源数据建立决策树，综合极化后向散射和表面温度等参数来判断海冰类型，从而识别不同发育阶段的冰间水道。该方法的识别精度优于单变量方法。高分辨率Sentinel-2光学影像验证了不同阶段冰间水道的顺序分布。多源数据的应用有助于更准确地计算水道区域的海-气热通量和产冰量，同时为船只导航提供更详细的冰情信息。     

中分辨率成像光谱仪的海冰密集度遥感反演

海冰信息在船舶运输、天气预报和全球气候预测等领域都起着重要作用。一直以来微波遥感是卫星监测海冰密集度的主要手段,目前基于可见光遥感的中分辨率海冰密集度产品还较少,其中只有NOAA发布了相关业务化产品,但其所采用的算法对低密集度海冰反演准确性仍存在提升空间。本文在Liu提出的算法基础上进行改进,提出了最邻近像素法确定纯冰典型反射率的改进算法,使用MODIS数据作为数据源计算海冰密集度,并使用30 m空间分辨率的Landsat 8 OLI数据作为验证数据进行对比验证。结果表明改进算法可以提高低密集度海冰的反演准确性,改善Liu算法存在过高估计的不足,在海冰密集度0—50%的情况下,Liu算法的平均偏差为13%,标准偏差为38%,改进算法的平均偏差为5%,标准偏差为32%;在海冰密集度0—100%的情况下,Liu算法的平均偏差为4%,标准偏差为32%,改进算法的平均偏差为-3%,标准偏差为28%。针对冰水过渡、碎冰覆盖等低密集度海冰区域,改进算法准确性更高。     

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。