热红外遥感图像中云覆盖像元地表温度估算初论

云覆盖是热红外遥感应用和地表温度(Land Surface Temperature,LST)遥感定量反演的重要障碍。如何估算热红外遥感图像中云覆盖像元的地表温度,是热红外遥感的前沿研究难题。以地表热量平衡为基础,根据地表温度的空间分布连续性、植被对地表温度的影响,提出三种解决云覆盖像元地表温度估算方案:空间插值修正法、植被关系修正法和改进型地表热量平衡法,并探讨云覆盖区地表温度空间分布的洼地效应现象、洼地效应强度及计算方法。基于地表热量平衡方程的洼地效应强度因子和影像灰度值之间关系的数值模拟,是三种估算方案切实可行的关键。     

不同土地利用类型对城市地表温度的影响——以广东东莞为例

利用Landsat TM6热红外遥感数据、土地利用专题图件、气象观测资料反演了快速城市化的典型地区东莞市的城市地表温度。构建了三个热效应评价指数:热效应贡献度指数、热像元权重指数和区域热像元权重指数,来定量分析不同土地利用类型对城市地表温度的贡献度,发现城乡工矿居民用地、林地和耕地的热效应贡献度较大,水域和草地的热效应贡献度较小,未利用地对区域热环境的贡献最小。此外,研究表明,随着平均温度的升高,东莞市水面和陆面1988~1998年的温度反差明显增大。     

基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法

利用单窗算法反演地表温度时,一景影像通常使用一个大气透过率。大气水汽含量空间异质性会导致像元尺度上大气透过率不同,从而给地表温度反演带来误差。该文通过从研究区MODIS数据中反演出大气水汽含量,经过配准、重采样之后获得该区域像元尺度的大气透过率,利用同时相TM数据,采用单窗算法反演地表温度。结果表明:基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法,由于减少了大气水汽含量空间异质性带来的地表温度反演误差,能够得到更为合理的地表温度。     

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.     

基于ETM+影像的土地覆盖类型与地表温度相关性研究

以福建省福州市为研究区域,通过Landsat 7 ETM+影像热红外波段反演地表温度,研究土地覆盖类型对地表温度的影响.用6S模型软件对2001年3月4日Landsat 7 ETM+影像进行辐射校正,从遥感影像上反演地表的真实温度.用监督分类方法对多光谱合成影像进行土地覆盖类型划分,得到林地、居民地、水域、沙滩以及其他用地分布图.把地表温度图和土地覆盖图进行空间叠加,按土地覆盖类型对温度值进行统计特征分析,得出5种土地覆盖类型温度排序,从高到低依次为沙滩、居民地、其他用地、林地、水域,其中温度最高的沙滩达23℃,温度最低的水域仅14℃,居民地和其他用地的温度在19℃左右.沙滩因早晨增温比较快,表现出较高的温度;温度第二高的居民地,表现为较明显的城市热岛现象.     

基于遥感的三亚市不透水面及热环境效应分析

城市化进程的快慢是权衡一个地区经济增长速度和社会发展水平的重要指标,改变着城市居住热环境。不透水面的分布能够很好地展现城市化的方向及趋势。三亚作为中国亚热带海岛旅游城市,近年来大量人口的涌入导致三亚城市发生了巨大变化。为了更好地了解三亚市城市化及其对城市热环境的影响,以1998、2011、2018年的Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI/TIRS卫星遥感影像作为主要数据源,利用归一化差值不透水面指数(NDISI)对三亚市近21年来的不透水面时空变化及其对地表温度影响进行了研究。结果表明,三亚市的不透水面积在21年间净增长206.5 km~2,扩大了1.58倍左右,特别是2011年以后人口和经济的快速增加,不透水面扩张速率提高了3倍以上。统计表明,不透水面与地表温度显著正相关,不透水面增加显著引起地表温度升高,而植被和水体能够显著缓解地表温度的升高,抵消不透水面对地表温度的正效应。     

山地城市土地覆盖变化对地表温度的影响

针对山地城市复杂的城市地貌和下垫面类型,本文使用TM、DEM、ETM⁺等遥感影像资料,提取了重庆市土地利用覆盖类型;借助TM、MSS等遥感数据的红外波段,反演出1988年和2000年的地表温度。分析了重庆市近十年的土地覆盖变化及其对地表温度的影响,结果表明,在1988~2000年间,研究区土地覆盖变化明显,特别是城市土地覆盖面积有显著增加。土地覆盖类型的变化会改变地表温度的空间分布,尤其是城市土地的扩展会提高地表温度。对山地、丘陵、平坝、陡坡四种耕地的地表温度进行了深入分析与研究,结果表明:山地城市土地覆盖变化引起了植被覆盖度的变化,而植被覆盖度的变化又相应地影响了地表温度的变化,植被覆盖度每下降10%,地表温度上升0.49K。     

基于MODIS数据的吉林省中部地表温度反演及空间分布研究

利用MODIS数据,采用劈窗算法,定量反演吉林省中部陆地表面温度;利用TM数据,通过目视解译获得研究区的土地利用状况,并结合地势图,研究吉林省中部农业区的地表温度空间分布特征以及地表温度与土地利用类型之间的关系。结果表明,研究区陆地表面温度南高北低,西高东低,符合该区域气候特征;由于地表土地类型热力性质的不同,不同土地利用类型的地表温度存在差异,地表温度最高的裸岩要比最低的湖泊高出26.6K;地表温度与海拔呈负相关关系,即随着海拔的升高,地表温度呈下降趋势,下降率为23.6°C/km;在植被覆盖区,地表温度与NDVI之间存在负相关性,且城市地表温度对植被覆盖度的敏感性要高于农田和林地;对于整个研究区土地利用空间结构,地表温度与NDVI表现为LST-NDVI梯形关系。     

基于混合像元分类的城市地表覆盖时空演变格局研究

基于可能性理论和中心点聚类方法的原理,提出可能性C中心点(PCRMDD)聚类方法.运用该法对上海市中心城区Landsat ETM+遥感影像进行混合像元分类,并自动获取地物端元盖度分布图及影像端元光谱,解混精度的检验结果表明该方法能在噪声环境下获得精度较高的分类结果和端元光谱信息.根据各时期研究区域的地表覆盖分类结果,应用GIS空间分析功能,进一步探讨在城市化过程中上海中心城区土地利用时空演变格局,揭示城市用地空间扩展模式.     

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。     

Characterization of land cover types in Xilin River Basin using multi-temporal Landsat images

This study conducted computer-aided image analysis of land use and land cover in Xilin River Basin, Inner Mongolia, using 4 sets of Landsat TM/ETM+ images acquired on July 31, 1987, August 11, 1991, September 27, 1997 and May 23, 2000, respectively. Primarily, 17 sub-class land cover types were recognized, including nine grassland types at community level: F. sibiricum steppe, S. baicalensis steppe, A. chinensis + forbs steppe, A. chinensis + bunchgrass steppe, A. chinensis + Ar. frigida steppe, S. grandis + A. chinensis steppe, S. grandis + bunchgrass steppe, S. krylavii steppe, Ar. frigida steppe and eight non-grassland types: active cropland, harvested cropland, urban area, wetland, desertified land, saline and alkaline land, cloud, water body + cloud shadow. To eliminate the classification error existing among different sub-types of the same gross type, the 17 sub-class land cover types were grouped into five gross types: meadow grassland, temperate grassland, desert grassland, cropland and non-grassland. The overall classification accuracy of the five land cover types was 81.0% for 1987, 81.7% for 1991, 80.1% for 1997 and 78.2% for 2000.     

基于多时相陆地卫星图像的锡林河流域土地覆盖类型特征

1IntroductionThe growing concern over the impact of changes in land use and land cover on environmental conditions and the increasing human impact on the natural resources has captured worldwide attention of the political and scientific community (Ojima etal., 1991; Smith etal., 2001). It is expected that the changing land use/land cover pattern will be one of the driving forces of environmental changes superimposed on the natural changes at regional scale (Fu etal., 1993; Bonan, 1995). Arid…     

黄河源区土地利用/覆被变化及其生态环境效应

应用1989年TM影像和2005年ETM+影像提取黄河源区两期土地利用/覆被数据,并利用GIS的空间叠加分析对两期土地利用图进行土地利用动态信息的提取。在建立黄河源区土地利用数据库的基础上,采用生态环境质量指数模型建立各土地利用类型与生态环境质量之间的数量关系,定量的分析土地利用变化对生态环境质量的影响。结果表明:①黄河源区1989-2005年间,土地利用变化缓慢而匀速,存在着生态环境的恶化和改善两种相反的趋势。在大尺度范围内,生态环境质量相对稳定,有轻微的恶化,但是在研究区局部范围内,生态环境质量变化显著;②植被是影响黄河源区生态环境质量的主要因素,其中草地对环境质量的影响处于主导地位;③利用生态环境质量指数模型不仅可以从整体上了解研究区生态环境质量,也可以发现影响区域环境质量的主要驱动力。     

策勒绿洲植被覆盖动态变化遥感研究

使用经严格配准的2个时相的TM和HRV图像数据为基础底料编制规一化植被指数图（NDVI），根据策勒绿洲特有的生态环境特征，研究植被指数灰度级与盖度级的对应函数关系，将其转换成植被盖度图。最终利用植被盖度图像所提供的各盖度级的数量和空间分配状况来评价图像所包括时段，即1990年至1998年期间植被环境质量的变化，为该区域生态环境综合治理提供新的研究方法。     

Increasing the spatial resolution of agricultural land cover maps using a Hopfield neural network

Land cover class composition of remotely sensed image pixels can be estimated using soft classification techniques increasingly available in many GIS packages. However, their output provides no indication of how such classes are distributed spatially within the instantaneous field of view represented by the pixel. Techniques that attempt to provide an improved spatial representation of land cover have been developed, but not tested on the difficult task of mapping from real satellite imagery. The authors investigated the use of a Hopfield neural network technique to map the spatial distributions of classes reliably using information of pixel composition determined from soft classification previously. The approach involved designing the energy function to produce a ‘best guess’ prediction of the spatial distribution of class components in each pixel. In previous studies, the authors described the application of the technique to target identification, pattern prediction and land cover mapping at the sub-pixel scale, but only for simulated imagery. We now show how the approach can be applied to Landsat Thematic Mapper (TM) agriculture imagery to derive accurate estimates of land cover and reduce the uncertainty inherent in such imagery. The technique was applied to Landsat TM imagery of small-scale agriculture in Greece and largescale agriculture near Leicester, UK. The resultant maps provided an accurate and improved representation of the land covers studied, with RMS errors for the Landsat imagery of the order of 0.1 in the new fine resolution map recorded. The results showed that the neural network represents a simple efficient tool for mapping land cover from operational satellite sensor imagery and can deliver requisite results and improvements over traditional techniques for the GIS analysis of practical remotely sensed imagery at the sub pixel scale.     

1961—2000年中国太阳辐射区域特征的初步研究

利用中国122个辐射观测站1961—2000年的逐日地面辐射资料,同期729个气象站的逐日云量资料,分析了总辐射、直接辐射和散射辐射年代际距平分布和变化。按照中国地理气候区域的特征并考虑年总辐射,将中国划分为5个不同的辐射区域。分析了各区近40 a来总辐射、直接辐射、散射辐射的年际变化。结果表明:①总辐射和直接辐射年曝辐量在1961—1990年之间呈下降趋势,在20世纪80年代达到最低值,以青藏高原西南部地区降幅最明显;在1991—2000年总辐射和直接辐射年曝辐量有回升趋势,其中青藏高原地区回升最显著,但均未达到历史最高水平。5区总辐射近40 a来下降率为:-1.24%/10a,-1.66%/10a,-1.60%/10a,-1.89%/10a和-1.93%/10a。②近40 a来散射辐射年曝辐量除东北无明显变化外,南疆和青藏高原有降低趋势,而南方有略微增加趋势;通过对云量的分析发现西北地区低云量略增加,而其他地区低云量和总云量都有不同程度的下降趋势,5区总云量近40 a来下降率为:-2.99%/10a,-1.68%/10a,-3.10%/10a,-1.17%/10a和-1.01%/10a,低云量变化率为:-1.51%/10a,4.46%/10a,-1.47%/10a,-0.89%/10a和-0.75%/10a。最后对造成辐射长期变化的原因作了初步讨论。     

Deriving glacier border information based on analysis of decorrelation in SAR interferometry

Variations of glaciers are important parameters for monitoring glacial change. Although optical remote sensing method can extract variations of glaciers effectively and accurately in cloudless regions, these variations are difficult to extract in cloudy conditions and bad weather. In this paper, a new method is presented, based on the decorrelation of repeat SAR interferometry, to extract the variations of glaciers. This method uses the decorrelation of the inland glacier＇s surface to extract the variation of glacier by comparing the coherence of the glacier and land cover in threshold values. For validation of this method, we compared classification results with that derived from TM images. An accuracy of better than 89% can be achieved if we consider the classification result from TM image as the ground truth. Results show that this method provides an effective way to identify icy areas from the coherent image.     

A new MODIS daily cloud free snow cover mapping algorithm on the Tibetan Plateau

Because of similar reflective characteristics of snow and cloud, the weather status seriously affects snow monitoring using optical remote sensing data. Cloud amount analysis during 2010 to 2011 snow seasons shows that cloud cover is the major limitation for snow cover monitoring using MOD10A1 and MYD10A1. By use of MODIS daily snow cover products and AMSR-E snow water equivalent products (SWE), several cloud elimination methods were integrated to produce a new daily cloud free snow cover product, and information of snow depth from 85 climate stations in Tibetan Plateau area (TP) were used to validate the accuracy of the new composite snow cover product. The results indicate that snow classification accuracy of the new daily snow cover product reaches 91.7% when snow depth is over 3 cm. This suggests that the new daily snow cover mapping algorithm is suitable for monitoring snow cover dynamic changes in TP.     

基于Landsat TM/ETM数据的锡林河流域土地覆盖变化

根据1987年、1991年、1997年和2000年4期Landsat TM/ETM影像的土地利用/土地覆盖分类结果,运用地理信息系统空间分析方法,分析了内蒙古锡林河流域1987~2000年间各土地利用类型及草甸草原、典型草原、荒漠草原的数量变化和空间变化特征。分析结果显示,锡林河流域土地利用/土地覆盖变化的主要特征为草甸草原、典型草原面积的大幅减少和荒漠草原、农田和沙漠化土地面积的大幅增加及城镇的扩张。其中面积增加最大的是荒漠草原,增加了2328 km²;相当于1987年荒漠草原面积的56 %。农田和城镇面积逐年增大,分别从1987年的114.3 km²和25.2 km²增加到2000年的332.1 km²和43.6 km²。面积减少最多的是羊草＋丛生禾草、羊草＋杂类草等优良高产温带典型草原类型,共减少2040 km²。草甸草原面积亦呈逐年减少的趋势,从1987年的1103 km²减少到2000年375 km²,面积减少了65.9 %。农田、沙化地及城镇等非草原土地利用类型面积增加了62.5 %。     

近50年新疆日照时数时空变化分析

利用新疆101 个气象站1961-2010 年的逐月日照时数、总云量和低云量资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall 检测以及基于ArcGIS 的混合插值法对春、夏、秋、冬四季和年日照时数的变化趋势、突变特征以及日照时数多年平均值和突变前后变化量的空间分布及其与云量的关系进行了分析,结果表明：（1）新疆春季日照时数总体呈现“从东北向西南递减”的空间分布特点;夏季为“北疆多,南疆少,东部多、西部少,平原和盆地多,山区少”的格局;秋季呈现“由东南向西北递减”的分布格局;冬季具有“东部多,西部少”的特点。新疆各地年日照时数2450~3450 h,其空间分布总体呈现“东部多,西部少;平原和盆地多,山区少”的格局。（2）1961-2010 年,除春季日照时数呈不显著的略增趋势外,新疆夏季、秋季、冬季和年日照时数分别以-4.27 h·（10a）^-1、-4.30 h·（10a）^-1、-14.36 h·（10a）^-1和-19.42 h·（10a）^-1的倾向率呈显著的减少趋势。并且,夏季、秋季、冬季和年日照时数分别于1988 年、1986 年、1987 年和1982 年发生了突变。突变年前后,全疆各地日照时数的变化具有明显的区域性差异,以年日照时数为例,1982 年后较其之前,除吐鲁番、哈密盆地,塔里木盆地南缘等少部分区域年日照时数有所增多外,全疆大部为减少的态势。（3）云量是影响新疆日照时数的主要因素,总体来说,新疆总云量和低云量较少的区域日照时数相对较多;反之,亦然。近50a,新疆总云量变化不明显,但低云量明显增多,这是导致日照时数减少的主要成因。