天宫二号对地观测数据与Landsat8卫星遥感影像对比分析

为客观评价天宫二号宽波段遥感影像质量情况,以天宫二号对地观测数据与Landsat8影像作为测试数据源,通过单波段灰度值、地物灰度值对比方法,分析比较可见光谱段范围内的光谱性能与应用潜力,最后采用最大似然法进行地物类型分类。结果表明:天宫二号宽波段遥感影像具有谱段丰富,分辨率低,单波段横向阈值宽且平缓的特点,适合于反演大范围且地物类型较为一致的地表信息。     

气候影响下的雅砻江生态保护红线区生态环境与功能遥感监测评价

选取与生态环境相关的10个遥感反演指数,应用主成分分析法,构建生态环境状况指数（Remote Sensing Ecological Environment Index,RSEI）和水源涵养功能指数（Water Conservation Index,WCI）并进行等级划分,评估了2000~2019年雅砻江源生态保护红线区生态环境状况、水源涵养能力及其时空格局变化。结果表明:（1）雅砻江源生态保护红线区RSEI东部略好于西部,评价等级优的区域面积占比为15.96%、良占51.28%、一般占27.61%、较差占5.13%。RESI变化趋势呈轻度改善的地区占比为52.96%,其中东北部以轻度改善为主,东部以轻度退化为主,生态环境极显著退化区域分布零散。（2）雅砻江源生态保护红线区水源涵养生态功能保持良好,北部优于南部,WCI评价等级为差、较差和一般的区域主要分布在中部和南部部分地区,较为零散。WCI评价等级优的区域面积占比为43.22%、良占35.71%、一般占17.45%、较差占3.48%、差占0.02%。WCI变化趋势在西北部以轻度改善为主且空间差异较大,在南部以显著改善为主。（3）1990年以来,研究区气温上升速率为0.56℃/10 a,生长季平均气温上升速率为0.1℃/10 a,降水量上升速率为27.7 mm/10 a,生长季平均降水量上升速率为83.5 mm/10 a。（4）2000~2019年雅砻江源生态保护红线区气候暖湿化对于植被恢复性生长、碳储和减少水土流失均十分有利,生态环境状况和水源涵养功能得以持续改善。      

FY-3D/MERSI-Ⅱ数据无缝拼接真彩色影像处理方法

针对我国极轨气象卫星风云三号D星搭载的第二代中分辨率光谱成像仪MERSI-II(Medium Resolution Spectrum Imager-Ⅱ)数据提出一种宽幅真彩色影像图处理方法。该方法通过对MERSI-II的3个250 m分辨率的可见光波段进行大气校正处理以及分段增强实现真彩色合成影像,并基于像素加权融合方法和Wallis匀光方法实现了多轨道数据的无缝拼接处理。应用案例显示通过上述处理方法能够获得高质量的直观易解译的遥感监测影像,并且有效地解决了极轨气象卫星单轨数据扫描幅宽限制的缺陷,该方法有助于在突发事件的应急响应中发挥极轨卫星数据的监测服务作用。     

基于FY-3A/MERSI数据的青海海北地区大气水汽含量反演

基于FY-3A/MERSI传感器的波段特征,取近红外波段中的水汽吸收波段和大气窗口波段,结合2011年5月16日青海省海北州地区MERSI影像,采用两通道比值法和三通道比值法分别获得15、17、18近红外通道大气水汽值,然后对两通道比值法和三通道比值法计算的三个近红外通道大气水汽值取加权平均,分别得到该地区加权平均大气水汽含量并与探空数据大气可降水量来比较分析,验证三通道比值法优于二通道比值法的可行性。     

基于光谱分析和综合阈值的FY-3/MERSI云检测

云检测是卫星遥感影像应用中的重要环节。为了获取FY-3中分辨率光谱成像仪(Medium Resolution Spectral Imager,MERSI)传感器精确的云掩膜数据,在分析云与植被、水体、裸露地表等地物在不同波段光谱差异的基础上,结合FY-3/MERSI数据的通道特性,构建基于多光谱和综合阈值的云检测算法。采用热红外通道亮温(CH_5)检测出高云,使用云检测指数(Normalized Cloud Detection Index,I_(NCD))和可见光波段反射率(CH_3)检测中低云。利用江西地区的FY-3/MERSI数据进行应用,将检测结果与其他算法、人机交互解译结果进行了对比分析。结果表明,该算法对FY-3/MERSI影像上的云区具有较好的检测效果,同时利用地面气象观测资料进行验证,检测精度均高于88%,能够满足当前云检测精度需求。     

四川大雪山生态红线区生态环境评价与气候变化分析

基于卫星产品和地面气象观测数据,构建遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Environment Index,RSEI）和生物多样性维护功能指数（Biodiversity Maintenance Function Index,BMI）,对 2000~2019年大雪山生态红线区的生态环境状况和生物多样性维护功能进行评价,并分析了红线区气候变化特征。结果表明:（1）2000~2019年红线区生态环境状况总体呈变好趋势,RSEI一般及以上等级所占的面积比例达90%。红线区内生态环境状况区域差异明显,北部和中部生态环境较好,东南部生态环境较差。（2）2000~2019年红线区生物多样性功能持续改善,BMI一般及以上等级所占的面积比例达84.912%。红线区内BMI一般及以上等级主要位于北部、中部和西部部分地区,差和较差等级主要分布于东南部地区。（3）1990年以来,大雪山红线区显著增暖,降水充足,日照略增,风速略减。暖湿气候条件有利于红线区生态的恢复,使生态环境状况和生态功能趋于好转。      

FY-4卫星资料在青藏高原地区积雪判识和雪深反演中的应用

青藏高原积雪监测在地球辐射平衡、全球气候变化和生态环境等方面有重要作用,对气候预测、雪灾预测等具有重要意义。FY-4(风云4号)卫星数据具有高时空分辨率的优势,基于FY-4A(风云4号A星)构建积雪监测方法与模型,不仅拓展了静止卫星应用领域,也丰富了积雪监测应用的手段。FY-4的高时间分辨率为积雪监测的研究提供了分钟级数据,对积雪与云的变化掌握的更为细致,但用于积雪监测的波段,因分辨率不高容易导致错判与漏判。本文基于2020年小时级野外地面雪深观测数据、风云3号D星积雪覆盖产品(FY-3D_SNC)数据,构建了基于归一化积雪指数(Normalized Difference Snow Index,NDSI)的FY-4A卫星积雪判识方法,提出了雪深监测模型与等级划分指标。结果表明:NDSI≥0.20是青藏高原地区FY-4A卫星积雪判识的适用阈值,无论有云或无云条件,其漏判率均低于8.0%。地面站点验证结果表明,积雪判识准确率达83.33%以上。空间范围内直接剔除云区后,积雪判识经混淆矩阵验证准确率在82.48%以上。因此,FY-4A卫星在青藏高原地区具有积雪监测的能力。虽然FY-4A卫星对超过10 cm以上雪深不具备区分能力,但可以较好地识别10 cm以下浅雪雪深,相关系数达到0.745,通过了0.001显著性水平检验。据此建立的FY-4A卫星0~10 cm雪深等级指标,总体分级精度达到87.50%。FY-4A卫星雪深反演方法在青藏高原地区对0~10 cm浅雪雪深有较好的估算能力。     

城区高光谱遥感数据假彩色波段组合研究

高光谱数据具有波段数目多、波段宽度窄、数据量庞大等特点，如何根据具体的应用目的，在众多的波段中选取最佳波段组合用于假彩色合成，对于有效进行高光谱数据处理、分析及信息提取至关重要。以面阵推帚式机载超光谱成像仪(PHI)获得的上海市黄浦江附近复杂地表高光谱图像数据为例，分析了图像所包含的信息量、各通道之间的相关性以及影像上各地物的光谱特征，选出了那些包含信息量大、相关性小、光谱差异大的波段子集，然后再结合协方差矩阵特征值法、最佳指数法和波段指数法波段组合方法选出了高光谱遥感图像的最佳波段组合。     

2006年上半年全国生态气象监测与评估研究

为了对2006年上半年全国生态环境进行以气象条件为主要驱动因子的监测与评估，研究创建了基于植被第一性生产力（NPP）估算的生态气象监测与评估指数（EMI）模型。通过计算生态气象指数、划分生态气象等级，进行生态气象监测与评估。2006年上半年全国大部地区生态气象条件较差，平均生态气象优劣评价指数仅为-30；生态气象等级好、中、差的比例大约为2：45：53。对我国生态及生产起重要作用的林地、草灌、农田的生态气象等级在中等以上的面积较2005年上半年显著减少。1—6月平均生态气象指数在逐月降低，虽处于正常等级范围之内，但5、6月份处于临界状态已接近较差等级。其主要原因是持续干旱和低温冷害的影响，多起森林与草原火灾和大范围高频度的沙尘天气与生态状况互为因果。所构建的生态气象监测评估模型，有良好的理论基础和科技含量，也有较好的时空分辨能力，可以进行生态气象定量监测和评价，监测与评估结果科学、客观、合理，能够反映气象条件对生态环境的作用。     

2006年上半年全国生态气象监测与评估研究

为了对2006年上半年全国生态环境进行以气象条件为主要驱动因子的监测与评估，研究创建了基于植被第一性生产力（NPP）估算的生态气象监测与评估指数（EMI）模型。通过计算生态气象指数、划分生态气象等级，进行生态气象监测与评估。2006年上半年全国大部地区生态气象条件较差，平均生态气象优劣评价指数仅为-30；生态气象等级好、中、差的比例大约为2：45：53。对我国生态及生产起重要作用的林地、草灌、农田的生态气象等级在中等以上的面积较2005年上半年显著减少。1—6月平均生态气象指数在逐月降低，虽处于正常等级范围之内，但5、6月份处于临界状态已接近较差等级。其主要原因是持续干旱和低温冷害的影响，多起森林与草原火灾和大范围高频度的沙尘天气与生态状况互为因果。所构建的生态气象监测评估模型，有良好的理论基础和科技含量，也有较好的时空分辨能力，可以进行生态气象定量监测和评价，监测与评估结果科学、客观、合理，能够反映气象条件对生态环境的作用。     

气象因子对太原地区空气质量的影响研究

利用2017—2019年太原小店区气象与空气质量指数逐时数据,分析了气象因子对空气质量指数的影响,对易污染月份空气质量进行了深入分析,利用神经网络方法构建了气象因子与空气质量指数的关系模型,并与逐步回归模型进行了对比。结果表明:(1)2017—2019年太原地区空气质量6个等级均出现过,其中,良占比最大,为51.9%;严重污染等级最少,为1.9%。每年8月空气质量最好,1月空气质量最差,11月—次年2月为易污染月份。(2)气温、风速、气压对空气质量指数的影响主要表现为负相关,9月—次年2月呈显著负相关;降水主要表现为负相关;相对湿度对空气质量指数影响较大,8月—次年3月呈显著正相关,6—7月呈显著负相关。(3)易污染月份,太原地区空气质量以良为主,占40.7%;其次为轻度污染,占24.8%;严重污染占4.6%。相对湿度、风速对空气质量影响较大,表现为强相关。(4)神经网络构建的气象因子与空气质量指数的关系模型,与逐步回归分析模型相比,准确率由91%提高到94%。神经网络模型模拟效果更佳,为太原地区治理大气污染提供重要的参考价值。     

高光谱遥感在农作物长势监测中的应用

该研究是加拿大Saskatchewan Scott农作物轮作系统(ACS)研究的一部分。研究始于1994年,历时18a,评价9个可耕种农作物产量系统的可靠性。由3种处理水平(organic,reduced,high)和3种作物多样性水平(low,diversified annual grains,diversified annual perennials)结合而产生的9个农作物产量系统,被用于监测和评价加拿大牧场不同处理和不同作物种植轮作下可耕种农作物的产量。在2003年生长季共收集了3次叶面积指数和光谱反射率的数据:生长季前期(6月)、生长季旺盛期(7月)、生长季后期(8月)。叶面积指数是由LAI-2000植物冠层分析仪监测的,光谱测量是由覆盖了350-2500 nm波长范围共2215个波段的ADS便携式高光谱仪完成的。结果显示,光学测量可以用于监测农作物生长状况的差异。从生长季的早期到中期,光谱和叶面积指数在不同处理下有显著差异。7月中期是用遥感资料监测农作物长势的最佳季节;红光波段与近红外波段反射率的比值和基于这两个波段构造的归一化植被指数,是检测农作物长势的最佳植被指数。     

2006年夏季川渝高温干旱的生态气象监测与评估

为了客观定量地监测与评估2006年夏季发生在我国川渝地区历史罕见的高温干旱对生态环境造成的影响，利用所创建的基于植被第一性生产力（NPP）估算的生态气象评价指数（EMI）模型，计算分析了6-8月川渝地区的生态气象评价指数及其等级。结果表明，川渝地区生态气象评价指数较常年同期偏低，其中四川33％、重庆43％的地区生态气象等级较差或很差。两地6月与8月生态气象等级较差的范围大，7月较小。各生态系统中，城镇等生态气象等级很差；农田、草灌等明显偏差；林地生态气象等级正常稍差。干旱造成的生态影响多数是可逆的，气象条件得到改善后可以恢复。因此，应采取适当措施恢复各类生态系统的服务功能，把灾害带来的损失降到最低。     

井冈山森林火险等级划分及预报模型构建

森林火灾严重威胁生态安全和国民经济,由于不同林地的气候以及可燃物存在差异,森林火险具有明显的区域性特征。因此,在考虑气象因子的基础上,将可燃物含水率引入小区域的森林火险指数的计算,对建立更精确的小区域森林火险等级标准和预报模型具有重要意义。本研究系统地分析了2013—2016年井冈山地区森林可燃物含水率与气象因子的分布频率及因子间的相互关系。通过主成分分析方法对所有因子进行降维处理,获得火险因子得分方程,并计算出2013—2016年井冈山地区逐日森林火险指数,进而构建火险等级划分和森林火险等级预报模型。结果表明:井冈山森林火险等级划分为5类,分别为低(火险值≤0.024)、较低(0.024火险值≤0.067)、高(0.067火险值≤0.167)、较高(0.167火险值≤0.232)、极高(火险值0.232)。基于BP神经网络模型构建了井冈山森林火险等级预报模型,预测精度可达96.4%。并利用2013—2017年卫星监测到的井冈山地区热源点数据对模型进行检验,预报准确率高达92.3%,表明该火险等级标准和预报模型能够满足井冈山地区日常防火业务需求。     

高光谱遥感在农作物长势监测中的应用

该研究是加拿大Saskatchewan Scott农作物轮作系统(ACS)研究的一部分.研究始于1994年,历时18 a,评价9个可耕种农作物产量系统的可靠性.由3种处理水平(organic,reduced,high)和3种作物多样性水平(low,diversified annual grains,diversified annual perennials)结合而产生的9个农作物产量系统,被用于监测和评价加拿大牧场不同处理和不同作物种植轮作下可耕种农作物的产量.在2003年生长季共收集了3次叶面积指数和光谱反射率的数据:生长季前期(6月)、生长季旺盛期(7月)、生长季后期(8月).叶面积指数是由LAI-2000植物冠层分析仪监测的,光谱测量是由覆盖了350～2500 nm波长范围共2215个波段的ADS便携式高光谱仪完成的.结果显示,光学测量可以用于监测农作物生长状况的差异.从生长季的早期到中期,光谱和叶面积指数在不同处理下有显著差异.7月中期是用遥感资料监测农作物长势的最佳季节;红光波段与近红外波段反射率的比值和基于这两个波段构造的归一化植被指数,是检测农作物长势的最佳植被指数.     

基于3种遥感指数的东北春玉米干旱识别对比

以东北春玉米为研究对象,探究利用植被光合特性的日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)指数、近红外-短波红外波段构建的归一化差值水分指数(normalized difference water index,NDWI)和可见光-近红外波段构建的归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)识别东北春玉米干旱的准确度和敏感度。研究发现:SIF指数、NDWI和NDVI对干旱识别准确度均超过80%,其中重度干旱准确度超过94%,且在春玉米苗期表现最佳;3种指数对比可知,SIF指数在春玉米干旱识别的准确度和敏感度方面均最佳,分别为89.27%和81.65%,NDWI敏感度次之,NDVI最差。表明基于光合特性的SIF指数在识别东北春玉米干旱方面优于基于地物光谱特性所构建的植被指数。     

陕北地区生态环境质量评价

使用卫星遥感解译结果和气象、水资源、污染资料,依据中国环境监测总站《生态环境质量评价方法及分级标准》,从生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和污染负荷指数五个方面,对1997年和2004年陕北地区28个县(区)生态环境质量进行了综合评价和对比分析。结果表明,该地区的生物丰度指数和植被覆盖指数有较大幅度提高,土地退化指数有所降低,近40%的地区生态环境质量指数Ieq(简称EQ I)增长率超过40%,年均增长率达到9%,表明陕北地区生态环境质量得到明显改善,退耕还林还草工程取得了明显成效。     

基于水面实测光谱的太湖蓝藻卫星遥感研究

水体叶绿素a含量和蓝藻密度是评价水质污染的主要参数,对监测水体蓝藻水华有重要意义。该文利用2008年11月10日和11日太湖水面实测光谱及FY-3A/MERSI,AQUA/MODIS卫星的波段响应函数,计算了卫星波段的水体表面等效反射率。水体实测光谱显示蓝藻污染提高了近红外波段的遥感反射率,在蓝光波段和绿光波段有明显的吸收谷和反射峰。根据这一原理,该文建立了近红外和红光波段的比值指数RI模型,成功反演了太湖水体叶绿素a含量(均方根误差分别为0.0174 mg·L~(-1)和0.0188 mg·L~(-1))和蓝藻密度(均方根误差分别为247.21×10~6L~(-1)和275.64×10~6L~(-1))。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。     

基于SVD和修正Z指数的汛期旱涝预测及其应用

利用奇异值分解(SVD)方法、500hPa高度场、太平洋海温场和降水资料,建立起汛期降水的预测方程;经过适应本地化的Z指数修正,将预测结果转化为旱涝等级;将SVD技术与修正的Z指数结合起来,实现旱涝的气候预测;将研究成果推广应用到气象、防汛抗旱部门。结果表明:1)影响江淮分水岭地区汛期降水的因子有5个,分别是太平洋地区2个,印度半岛附近2个,欧洲地区1个;2)理论上的Z指数等级不符合江淮分水岭地区的实际状况,因而必须对Z指数进行修正。经过修正后的各个旱涝等级的划分概率较为合理,说明Z指数的5级指标是可靠的;3)利用5个影响因子可以建立汛期降水量与影响因子之间的预报方程,在共计8年的旱涝滚动预测和实况检验中,等级相符的有7年,只有2003年的预测试验相差一个等级,5级的预测准确率达到87.5%;4)经过气象、防汛抗旱部门2008年的应用,旱涝等级的预测意见和实际基本吻合,说明预测技术的应用情况良好。     

近红外CO2高光谱探测仪通道选择

近红外波段 (1.6 μm) 遥感可探测大气CO₂含量信息,应用于碳循环研究中。宽波段、高分辨率不但对仪器研制是一个挑战,而且巨大的数据量对观测的正演、反演也是一个挑战性课题。该文应用自由度及信息量分析法,对近红外高光谱波段中探测通道进行CO₂信息量分析,选择前20~100个高信息量的CO₂探测通道,并进行了反演模拟测试。结果表明:前20个高信息量通道占所有通道总信息量的76.4%,仅用所选的前20个通道进行反演,与所有通道参加反演的结果相比,误差增加0.3×10-6;通道数增至60时,信息量增加,通道数再增加,信息量则增加不显著;CO₂反演误差存在相似的关系。在高CO₂信息量分布上,弱吸收性质的1.6 μm波段和强吸收性质的2.06 μm波段表现出不同特点。