星载微波辐射计交叉定标中陆面目标辐射亮温计算模型

从被动微波辐射计在轨辐射定标的角度出发, 选取亚马逊雨林作为高温地面目标, 利用DMSPF13-SSM/I数据和NCEP数据对研究区19—89GHz辐射特性进行分析。研究发现, 利用辐射亮温稳定的热带雨林作为地面目标, 对19—89GHz的频段, 微波辐射亮温计算精度可以达到1K以内; 对于6和10GHz这样的低频通道, 撒哈拉沙漠是一个可供选择的地面目标, 根据所建立的亮温计算模型, 利用数值预报分析场NCEP数据作为输入, 其亮温计算精度在2K以内。     

FY-2静止卫星红外通道的高光谱交叉定标

介绍利用高光谱探测器IASI和AIRS对FY-2静止气象卫星VISSR红外通道进行绝对交叉定标的方法,并且基于FY-2E业务运行以来的历史数据对该方案进行可靠性检验和误差分析。结果表明,基于两个独立仪器得到的高光谱定标结果间具有很好的一致性;高光谱定标的亮温偏差基本上呈正态随机分布没有明显的系统偏差,平均亮温偏差小于0.07K,标准差约1.4K,其中亮温大于290K时,平均偏差小于0.2K,亮温大于220K时,平均偏差小于1K,低温端平均偏差约为3K;本文方法与目前FY-2EL1文件中提供的定标结果相比有明显改善,精度平均提高大于1K,低温端2—3K。长时间统计分析结果证明文中采用高光谱交叉定标方案稳定可靠,精度能够满足定量应用需求。     

耦合ENVI-met与RAPID模型模拟3维异质植被场景亮温分布

遥感地表温度产品(LST)对陆面过程和全球与区域气候变化研究具有重要价值。但是当前卫星遥感观测到的地表温度分辨率较粗,多为混合像元,有明显的角度效应和时空变化特征,严重影响陆面过程等研究的应用精度。为定量评估3维异质性场景对亮度温度分布的影响,本文基于再分析资料,耦合3维小气候模型ENVI-met和3维热辐射传输模型RAPID,开展了地表3维温度场的模拟。研究以全球数值预报产品NCEP来提供ENVI-met所需的边界条件,分别进行了异质性植被场景的亮温水平分布和热辐射方向性模拟试验。在水平分布模拟研究中,基于机载G-LiHT数据(光学影像、激光雷达数据、LST产品)提供3维场景构建输入参数和温度场验证数据,并以美国某湿地区域的6个不同异质性场景为例进行了模拟与验证;在热辐射方向性的模拟研究中,基于机载WiDAS多角度多光谱数据构建了3维场景,并以黑河地区的2个异质性场景为例进行了模拟与验证。结果显示:(1)星下点亮温模拟值在水平分布上与G-LiHT的LST亮温值较为接近(标准误差RMSE为1.1 K),说明耦合模型能有效模拟不同空间异质性下的亮温分布。其中,裸土模拟误差最大(2.31 K),两种行播作物方向的模拟误差均小于1.2 K,道路宽度对模拟结果有影响(约为1 K);(2)耦合模型的多角度模拟结果与方向性亮温随视角的变化规律相一致,但变化速率和大小存在着差异。本文的模拟方法可以用于预测卫星过境时刻地表的热辐射方向性。     

城市简单目标方向亮温研究

本研究以哈尔滨野外试验数据为基础，分析了城市表面亮温分布地表测量中，典型目标选择、目标亮温变化以及分类等方面的问题。结果表明，城市典型目标的选择，不仅需用材料特性划分，而且还需考虑阳光与周围环境的变化。此外，城市典型目标的亮温在数值上均随测量时间改变，并且变化比较复杂，需深入研究。在以上实验分析的基础上，建立了一种简单情况下的城市方向亮温模拟模型。模型中，抓住部分建筑区楼房以行结构为主要空间分布特征的特点，将建筑物进行简化，得到了不同观测角度下城市方向亮温的数值。模拟结果显示，方向亮温极化图中出现了条带结构，这与实验结果很吻合，但未能发现热点效应，需要进一步深入研究。     

FY-3C/MWHTS资料反演陆地晴空大气温湿廓线

针对风云三号C星微波湿温探测仪(FY-3C/MWHTS)的陆地晴空观测资料,建立了一维变分反演系统,对大气的温湿廓线进行反演。为了更好地描述温湿廓线的相关性,同时减小温度和湿度在反演过程中相互之间的误差传递,提出了使用背景协方差矩阵的联合矩阵和单独矩阵进行组合反演的方法。对于MWHTS模拟亮温和观测亮温之间的偏差,使用逐扫描点的统计回归方法进行校正。选择中国部分陆地区域的晴空观测亮温进行温湿廓线的反演,并利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据、美国国家环境预报中心(NCEP)分析数据以及无线电探空观测(RAOB)数据对反演结果进行验证,温湿廓线的反演结果与ECMWF再分析数据验证的最大均方根误差分别是2.59 K和11.87%,与NCEP分析数据验证的最大均方根误差分别是1.88 K和21.50%,与RAOB数据验证的最大均方根误差分别是3.43 K和25.48%,验证结果表明了反演结果的可靠性。另外与国外同类载荷AMSU观测亮温的物理方法和统计方法反演精度进行了对比,结果表明:MWHTS具有较强的湿度廓线以及高空温度廓线的探测能力,且针对MWHTS的观测亮温建立的一维变分反演系统具有较高的反演精度。与NCEP 6小时预报廓线的验证结果表明:反演的湿度廓线可以提高预报廓线的精度。     

太阳对SMOS卫星海表亮温偏差年际变化的影响

利用欧洲空间局发布的土壤湿度和盐度卫星最新版本V5.04及V5.05的2010年5月至2012年4月的L1C级亮温数据,分析了其2维视场中存在的亮温偏差和年际变化。亮温偏差在视场中的分布不均匀并随季节变化。其年际变化超过1 K。太阳及其尾迹在视场中的位置随季节变化并对该卫星测量的亮温产生影响,是亮温偏差年际变化的主要来源。另外,太阳高度角的季节性变化会使该卫星天线的物理温度产生季节性变化,并通过天线模型使其测量亮温产生季节性偏差。     

玉米地组分亮度温度分类变化研究

以玉米整个生长期野外热红外辐射观测数据为基础,对两种组分亮温分类方法作了比较,并对玉米地组分亮温的变化特征展开了分析。结果表明,农田亮温组分的数目和数值随测量时间和日期改变。在整个测量期间,在当地时间中午前后,农田呈现出3个亮温组分植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。观测早期,植被亮温分布相对集中;随着农田植被覆盖率的增高,植被亮温分布逐步分散,组分间温差缩小,部分亮温值相互重叠。产生这些现象的原因将在以后的研究中加以探讨。     

FY-3B/MWRI与GCOM-W1/AMSR-2亮温数据在北极地区的交叉定标

为了使搭载在风云三号B星上的微波成像仪MWRI（Microwave Radiation Imager）与搭载在GCOM-W1(Global Change Observation Mission 1st-Water)卫星上的AMSR-2（Advanced Microwave Scanning Radiometer 2）的数据可以衔接使用，并为以后FY-3B/MWRI北极地区遥感参数反演研究提供基础，以GCOM-W1/AMSR-2数据为对比数据，北极海洋区域为研究区域，对两传感器对应的10个通道的升、降轨亮温数据进行交叉定标。首先，对MWRI和AMSR-2各通道逐月在研究区域进行偏差分析；其次，对MWRI和AMSR-2各通道逐月在海冰区域和开阔水域进行偏差分析；最后，对MWRI和AMSR-2各通道逐月在研究区域进行交叉定标，并对定标结果进行评价。研究结果表明：（1）MWRI各通道亮温数据小于AMSR-2，且相同频率下，垂直极化各通道逐月平均偏差的绝对值大于水平极化各通道，升、降轨数据在各通道的差异较小，逐月平均偏差的差值小于1 K；（2）在海冰区域，升、降轨各通道逐月平均偏差相差小于1 K，在开阔水域则介于0—1.5 K；（3）通过进行线性回归分析，MWRI和AMSR-2各通道相关系数大于0.99，具有强相关性，并得到升、降轨各通道各月份交叉定标的斜率和截距；（4）定标后MWRI的亮温值与AMSR-2的亮温值一致性较好，说明交叉定标的效果较好。     

基于Landsat影像数据的城市热岛效应研究

以研究区2001、2009、2013和2018年Landsat影像数据为研究对象,对该地区的地表亮温进行反演计算,并在研究区范围内选取具有明显识别特征的伪不变特征点,且以2013年的亮温影像为参考基准建立回归分析模型,对多时相的地表亮温影像进行归一化处理,从而得到可进行对比分析的研究区地表相对温度,然后进行热岛强度等级...     

火星表面亮温的时空变化特征分析

利用3个火星轨道器获取的热红外波段探测数据,分析了火星表面亮温在时间维上的年际和季节性变化规律,以及空间维上随地形和纬度的变化特征。研究结果表明:(1)5个火星年的表面亮温年际变化幅度均未超出轨道器热红外波段探测数据的精度范围。(2)火星南半球表面亮温的季节性变化幅度大,远日点时期表面亮温随季节的变化基本符合正弦规律且年际差异小,而近日点则有多处明显偏离正弦规律且年际差异较大;北半球表面亮温的季节性变化幅度远小于南半球,且季节特征不明显,受全球性尘暴影响而引起的夜间升温要大于夏季太阳辐射能增加引起的升温。(3)在同一时段,盆地、峡谷等低海拔地形的表面亮温较高,而山峰、高原、台地等高海拔地形的表面亮温一般较低;Olympus Mons地区的表面亮温与高程之间存在相关系数为–0.9072的负相关关系,线性拟合的结果表明该区域海拔每上升1 km,表面亮温下降约1.4 K。(4)表面亮温随纬度的变化总体上满足低纬度高于高纬度的规律,但受到地形等因素的影响,表面亮温最大值出现在偏离赤道的35°S位置,而赤道附近纬度的表面亮温最小值要小于临近稍高纬度位置的最小值;从赤道到两极同纬度表面亮温的差异逐渐减小。     

青岛气温与全球海表温度的相关分析

利用奇异谱算法对国家160站气象资料中的青岛气温数据和ERSST海表温度资料进行了分析,研究了青岛气温的发展趋势和周期性变化规律,并对未来青岛市气温进行了预测,预测结果与原观测数据接近(相关度接近0.95)。同时也研究了青岛气温异常和全球海表温度的相关性,研究表明:青岛气温异常与全球海表温度异常部分地区存在超过0.79的相关性,其中最大正滑动相关系数位于9月份8N、49W点,并且青岛气温异常存在4个单位的滞后时间。     

多源地表温度估算近地表气温的精度对比

气象站点稀疏会导致观测到的近地表气温空间不连续,基于地表温度数据结合辅助变量估算气温成为获取气温空间分布的有效方式。目前,已有多种地表温度产品,但鲜有研究评估多源地表温度数据在估算气温时的精度及其适用性。针对该问题,首先,利用Google Earth Engine平台和随机森林算法,基于Landsat、中分辨率成像光谱仪(moderateresolution imaging spectroradiometer,MODIS)、全球陆面数据同化系统（global land data assimilation system,GLDAS）3种地表温度数据源估算了黄河流域近地表气温的最大值、最小值和平均值;然后,结合站点观测分析了多源地表温度估算气温的精度及适用性。结果表明,3种地表温度数据源估算夏季气温平均值时精度差异较小;对于气温极值估算,GLDAS数据显著优于MODIS和Landsat数据;每种数据源估算气温极值的精度低于其估算气温均值;此外,地表温度的时间分辨率会显著影响近地表气温的估算精度。该成果可以为长时序气温产品估算提供科学参考。     

国产数字水准仪温度性能测试与研究

环境温度是影响数字水准仪性能的关键因素。测试温度对国产数字水准仪i角的影响,发现当仪器内外温差较大时,仪器i角的变化显著。测试结果表明,i角设置与测试、水准测量都需要在仪器内外温度平衡时,才能够获得可靠的成果。     

地表温度反演方法

选用分裂窗算法,采用两因素模型对吉林省西部MODIS数据进行了连续3年的地表温度反演。通过对MODIS数据波段选取,分别计算星上亮度温度,采用基于植被指数与地表分类相结合的方法得到地表比辐射率,根据MODIS数据计算得到大气水汽含量,利用大气辐射传输模型得到大气透过率,最后,通过分裂窗算法模型反演出地表温度。实验结果表明,该方法能够获得较合理的地表温度反演结果,对农业旱灾动态监测具有一定应用价值。     

澳大利亚区域大气加权平均温度建模

大气加权平均温度T_m是计算水汽转换因子和大气可降水量的重要参数。利用2007—2017年全球大地观测系统(global geodetic observing system, GGOS) Atmosphere T_m格网数据和欧洲中尺度天气预报中心(European centre for medium-range weather forecasts, ECMWF) 2 m温度数据,建立一种适合澳大利亚区域、顾及T_m残差季节性和日周期变化的T_m模型——qTm。此外,采用2018年的GGOS Atmosphere T_m格网数据和探空资料对该模型进行评估。结果表明,qTm模型在澳大利亚区域具有较高的精度和适用性,与GGOS Atmosphere T_m相比,qTm模型的年均偏差(Bias)和均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为－0.31 K和1.97 K,相对于GPT2w-1和GPT2w-5模型,RMSE分别提高21.8%和25.9%;qTm模型值与探空积分值更符合,模型的年均Bias和RMSE分别为－0.44 K和2.45 K,相比GPT2w-1和GPT2w-5模型分别提高10.2% 和11.8%。qTm模型可为澳大利亚区域提供精确的T_m值,为该区域大气水汽分析和厄尔尼诺现象研究提供基础。     

全球海表温度变化特征分析

使用一维连续小波变换方法,分析了1880～2011年全球海洋表面温度平均异常时间序列的变化特征;探讨了全球以及半球在不同时间尺度上的变化、突变点以及一致性;清晰地获得了海温在不同时间层次上的分布和冷暖交替情况。另外,在大尺度上全球海洋表面温度有80 a和40 a附近的2个年代际周期,在中尺度上存在一个12 a和一个19 a的周期,在小尺度上存在一个4～6 a的主周期。     

利用时空Kriging进行气温插值研究

以黑龙江省近37a的月均气温数据为研究对象,介绍了一类积分式时空协方差(变异)函数模型进行时空Kriging插值。针对月均气温呈现出的明显季节变化,对各站点的气温进行去季节项处理,并在此基础上建立时空变异函数。将空间维的普通Kriging插值扩展至时空维,同时考虑空间和时间相关性对研究变量进行时空估计,并将估计结果与空间Kriging插值效果进行了比较。结果表明,时空插值效果理想,插值精度较空间Kriging更高。     

利用热红外温差识别沙尘

沙尘识别是沙尘灾害监测和沙尘气溶胶特性研究的首要工作。利用辐射传输方程进行了沙尘气溶胶的辐射计算 ,对不同沙尘气溶胶光学厚度下的热红外通道温差ΔT(T11μm-T12 μm)的变化进行了分析。理论分析表明 ,利用热红外通道的温度差ΔT进行陆地沙尘识别是可行的。并利用NOAA AVHRR热红外通道的温度差ΔT进行了陆地沙尘识别的实验 ,经与地面气象站实测的沙尘天气现象相比较 ,结果一致。     

陀螺经纬仪的仪器常数随温度漂移规律的研究

对某型陀螺经纬仪的仪器常数受环境温度的影响进行实验,利用数理统计方法分析、处理了各温度下仪器常数的数据,发现其变化符合线性规律,从而可实现温度对仪器常数的漂移影响的自动补偿。     

基于大气温度和水汽含量改进HJ-1B地表温度反演

为了提高地面气象站稀少地区地表温度遥感反演的精度,本文基于多源遥感数据的优势,首先利用MODIS影像获取研究区像元尺度上平均大气水汽含量;然后利用同时相的HJ-1B影像估算区域地表比辐射率,再采用温度-植被指数法获取近地表大气温度;最后将以上3个参数输入单窗体算法,改进其地表温度反演的精度。研究结果表明,改进单窗体算法反演地表温度与地面实测温度的偏差小于1 K,为地面气象站点稀少的植被覆盖区域提供了一种可行的精确遥感反演地表温度方法。