中国北方草原区积雪遥感监测——2007.10～2008.3期间

着眼于我国草原防灾减灾以及国家开展重特大雪灾应急响应工作的极迫切现实需求,基于NASA MODIS数据,以天为监测(响应)时间单元,以旬为监测集成时段,对2008年春节大雪灾期间我国草原积雪状况实现了系统的遥感监测,获取了2007年10月至2008年3月期间中国北方9省区草原积雪发生范围及其面积等数据信息,揭示了监测期间我国草原积雪发生的时空特征。青藏高原与内蒙古为我国持续降雪的核心区域,其他地区降雪情况随时间出现一定的波动;除东北地区外,积雪面积均在1月下旬达到最大值;各省区草原积雪面积占草原总面积的比例随时间的变化总体持续增加。     

基于MODIS与AMSR-E数据的中国6大牧区草原积雪遥感监测研究

内蒙古、新疆、西藏、青海、甘肃和四川的草原区这6大牧区是中国重要的畜牧业生产基地,也是雪灾频发的区域,及时、准确地获取6大牧区雪情时空特征对于防灾减灾,指导畜牧业生产有着重要的现实意义。光学遥感与微波遥感各具优缺点,综合运用MODIS和AMSR-E数据构建草原积雪遥感监测模型,以日为监测单元,以旬为多日合成时段,对中国6大牧区在2008年10月上旬至2009年3月下旬间的草原积雪覆盖范围进行监测,并对监测结果进行检验,以此说明MODIS与AMSR-E数据在雪灾监测方面协同监测的可行性,为其他雪盖遥感监测研究提供参考。     

从AVHRR到MODIS的雪盖制图研究进展

雪盖面积是水文、气候模型中重要的输入参数之一。使用遥感方法能够有效获取大范围的雪盖信息，弥补地面观测资料在空间上的不足。阐述积雪遥感基本原理以及积雪遥感监测的研究进展，介绍现阶段应用较广的基于AVHRR和MODIS数据的雪盖制图算法，并通过对制图算法的比较和分析得出，MODIS雪盖制图算法的精度和效率都比AVHRR算法高。最后讨论现阶段雪盖制图算法误差的主要来源：大气状况、地表覆盖、积雪物理特性的复杂性以及使用相同的检测阈值等，并提出解决方法。     

基于反射率和亮度温度的锡林郭勒积雪深度估算

积雪是我国西北干旱半干旱区重要的水资源,也是影响全球气候变化的重要因子之一。 目前光学影像反射率和雷达亮温数据是积雪遥感领域的主要数据,本文首次结合两类遥感数据估 算积雪深度,并比较偏最小二乘法和机器学习算法（人工神经网络、支持向量机和随机森林算法） 在积雪深度估算方面的表现。以锡林郭勒盟 2012—2015 年积雪深度数据为例,基于反射率和亮度 温度相结合的积雪深度估算精度优于单个数据源,且随机森林算法表现最好,均方根误差为 2.93 cm,满足实际应用的需求。研究结果对我国西北地区水资源分布、生态环境评估等研究具有重要 意义。     

高分三号影像在洪涝灾害应急监测中的应用

合成孔径雷达(SAR)广泛应用于洪涝灾害监测中,本文针对2020年安徽六安的特大洪水灾害及时获取高分三号(GF-3)卫星的实时SAR数据,开展了应急监测。监测结果显示:六安市北部霍邱县境内的城东湖、城西湖以及淮河两侧的乡镇受灾较为严重,对严重区进行了多期的动态监测和统计分析,取得了良好的效果。同时认为GF-3卫星影像具有较高的灾害应急监测能力,可为国家减灾备灾、应急救灾、恢复重建工作提供有力的数据支撑。     

基于EOS/MODIS遥感数据改进式融雪模型

在中国西部的中纬度干旱和半干旱山区,融雪水是极其重要的水资源,融雪径流对河流的补给量在春季甚至可达75%以上,但是急剧的融雪也容易引发洪水,所以从水资源的有效利用和洪水预警方面看,有必要了解大范围的积雪消融状况。基于积雪层能量平衡原理建立融雪模型,利用正午过境的EOS/MODIS的Terra卫星遥感数据反演模型中的参数,结合气象数据获得瞬时的能量平衡信息,然后根据B.Sequin、B.ltier和谢贤群的研究推算日融雪量,改善了融雪模型的算法。另外采用遥感数据对雪盖进行实时监测,避免在进行融雪量估算时候对无雪区的错误估算。     

植被覆盖地表主动微波遥感反演土壤水分算法研究

主动微波遥感监测土壤水分具有全天时、全天候并对地物有一定的穿透能力等特点,突破了传统测量方法和光学遥感获取土壤水分的局限。文中在分析植被对微波信号影响的基础上,总结了当前国内外基于主动微波遥感监测植被覆盖地表土壤水分的原理和方法,指出利用，宋朝景“水-云模型”从总的极化雷达后向散射中去除植被影响后,能够改进后向散射系数和土壤含水量之间的关系。最后利用ENVISAT ASAR数据,结合实地采样获得的土壤含水量数据拟合两者之间的关系,结果表明农作物覆盖地表土壤水分变化的估算算法还需要进一步发展和改进以提高反演精度。     

基于多源数据的内蒙古中东部积雪厚度研究

积雪作为气候系统中重要的环境影响因素受到了普遍的重视,特别是在高纬度、高海拔地区,积雪面积和积雪厚度是积雪研究的两个重要因子。利用2010年11月8日、14日和25日三天的MODIS L1B数据,根据在可见光波段,地表、云和雪在该波段的反射率都比较高的特点,计算得出的积雪覆盖面积空间分布图。积雪深度受降雪量、坡度、坡向等多因素的影响表现为不连续分布,单纯利用气象监测站点无法获得积雪厚度的空间连续分布,而遥感影像也受到局地特征的影响而精度不够。因此,首先基于经验公式,利用MODIS L1B数据计算了积雪覆盖面积,在此基础上,基于气象监测点的积雪深度数据和MODIS L1B波段的相关性,选择影像数据的最优通道,通过建立多波段的积雪深度回归模型,并且对积雪深度进行空间连续插值,通过将模拟的积雪深度与监测点插值结果进行对比,发现统计回归的方法有效的提高了积雪深度、覆盖度等雪情监测信息精度。     

河流水情要素遥感研究进展

河流是促进地貌形成和演化的重要因素,也是地球上最重要的淡水资源之一。河流的水体范围、水位/水深、流量、水质和冰情等水情要素在水资源动态监测和水文生态环境保护等研究中具有至关重要的作用。通过水文站观测河流可获得站点上的水情信息,但该方式在财力、物力方面均耗费巨大。同时,对于日益增长的河流水情信息需求,迫切需要一种能够快捷、准确补充河流实测数据的方法。遥感凭借全方位、多时相的对地观测能力极大地提升了河流水情信息获取的效率,已广泛应用于多尺度水情监测、无资料流域水文模拟等多个方面,取得了丰硕的研究成果。因此,有必要对近年来遥感应用于河流水情要素反演所取得的进展进行归纳、总结和展望,以期进一步促进遥感数据和方法在该领域的应用。论文以“河流水情要素遥感”为主题,系统归纳了河流水体遥感提取的常用传感器及方法、水位/水深遥感反演方法、河道流量遥感估算、河流水质及河冰遥感监测的研究进展,详细归纳了利用光学/微波遥感等不同类型的遥感手段获取河流水体范围、水位、水深的优势与不足,总结得出了河流水情要素遥感研究的数据、方法及应用方面的主要结论：① 新型遥感数据在河流水情要素监测中的应用愈加广泛,在空间分辨率、时间分辨率或光谱分辨率等方面不断突破,进一步丰富了河流水情要素研究的数据来源;② 多数中低空间分辨率光学影像依旧面临混合像元影响水体提取精度的问题,合成孔径雷达影像也存在数据处理算法开发难度大的问题,细小河流及非开阔水体的提取方法仍需探索;③ 大数据和云计算技术的发展为实现大尺度、长时序的河流水情要素高时空分辨率遥感监测提供了高效手段。     

利用NOAA-AVHRR数据进行积雪监测与制图的方法研究

本文在总结分析国内外现有方法的基础上,并根据大量的实验研究,介绍了利用NOAA－AVHRR遥感数据进行积雪监测和流域雪盖制图的方法。文章侧重介绍了AVHRR数据在积雪制图应用中的数据处理方法。也较为详细地介绍了利用遥感数据和地形数据的复合进行积雪信息提取的方法。研究表明：在地形相对复杂的地区使用AVHRR数据进行积雪监测和制图,采用监督分类的方法可获得较为理想的分类结果。利用GIS的空间分析方法,实现遥感和地形数据的复合分是积雪遥感制图高效和实用的方法之一。     

EnviSat ASAR数据在水情监测中的应用

在微波遥感领域,星载雷达是目前获取地球信息最主要的技术手段之一,而欧空局EnviSat卫星上搭载的先进合成孔径雷达ASAR是目前功能最为强大的星载雷达系统。以ASAR作为数据源,通过分析入射角、极化方式等因素对水体后向散射特性的影响,提出遥感水情监测中对ASAR数据产品的选取原则。根据水体在雷达图像数据中具有较低值的特点,使用阈值法识别水体。结果表明,使用H/H极化或V/H极化方式的数据都可以比较准确地提取水体信息。     

中国草原牧区和半牧区草畜平衡状况监测与评价

草原超载过牧是造成我国草原大面积退化、沙化的主要原因之一,草畜平衡监测、评价和管理是实现我国草原植被恢复和重建的关键,也是研究的热点和难点。本文采用遥感和地面调查相结合的方法从宏观上监测和评价了农业部认定的264个牧区和半牧区县的草畜平衡状况,主要结论如下:(1)2008年监测区平均草畜平衡指数为33.58%,总体处于超载状态;(2)120个牧区县草畜平衡指数为27.37%,144个半牧业县为42.07%,半牧区县是我国实行草畜平衡管理的重点和难点;(3)六大牧区中牧区县2008年超载程度排序为:甘肃>四川>新疆>青海>西藏>内蒙古,半牧区县超载程度排序为青海>西藏>内蒙古>新疆>四川>甘肃。本文所得结论可为我国草原资源管理和保护提供参考价值和借鉴意义。     

GRAPES-SDM沙尘模式预报与卫星遥感监测结果对比

GRAPES-SDM沙尘模式和卫星遥感监测是目前沙尘暴监测预报业务中重要的工具.本文使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘模式2012年春季沙尘天气预报情况以及FY-2D卫星遥感产品沙尘指数IDDI的监测效果进行检验评估.结果表明:沙尘模式在西北沙尘暴预报业务中具有很好的预报参考价值,卫星遥感沙尘指数也具有较好的监测效果,但两者均存在一定的问题.沙尘模式对大范围沙尘暴过程有较好的预报能力,但对沙尘强度预报偏强;卫星遥感沙尘指数虽然不能定性地表示沙尘强度,但是在一定程度上能够反映沙尘强度的变化,不过反映沙尘强度的数值及其分布区间还有待于进一步完善.卫星遥感在南疆盆地常会将大片深厚的沙尘气溶胶区域误判为云区,造成对沙尘天气特别是沙尘暴天气未能识别的现象,另外IDDI指数不能用于夜间沙尘监测.     

Spaceborne Microwave Remote Sensing of Arctic Sea Ice During Spring

This paper outlines the fundamental roles sea ice plays during the spring Arctic climate, and it demonstrates the use of passive microwave remote sensing in measuring climatically important sea ice variables during the spring transitional period. It discusses the theoretical concepts underlying passive microwave remote sensing of sea ice, and it summarizes the historical use of satellite microwave radiometry in the Arctic region. In addition, this paper discusses the derivation of climatically important sea ice variables, including sea ice extent, concentration, multiyear ice fraction, and snow melt onset, with additional comments on the precision and accuracy of the remote sensing estimates. It also discusses interannual trends in sea ice extent and presents interannual trends in snow melt onset dates. Finally, this paper provides a brief discussion on the future directions in passive microwave remote sensing of climatically important sea ice variables during the spring transitional period.     

Spaceborne Microwave Remote Sensing of Arctic Sea Ice During Spring

This paper outlines the fundamental roles sea ice plays during the spring Arctic climate, and it demonstrates the use of passive microwave remote sensing in measuring climatically important sea ice variables during the spring transitional period. It discusses the theoretical concepts underlying passive microwave remote sensing of sea ice, and it summarizes the historical use of satellite microwave radiometry in the Arctic region. In addition, this paper discusses the derivation of climatically important sea ice variables, including sea ice extent, concentration, multiyear ice fraction, and snow melt onset, with additional comments on the precision and accuracy of the remote sensing estimates. It also discusses interannual trends in sea ice extent and presents interannual trends in snow melt onset dates. Finally, this paper provides a brief discussion on the future directions in passive microwave remote sensing of climatically important sea ice variables during the spring transitional period.     

草原植被长势遥感监测研究进展

草原植被长势监测是草原监测的重要领域, 它能从宏观上揭示草原的生长状况及其动态变化, 从而为草原科学管理提供快速、准确的参考依据。目前长势监测主要利用遥感的方法, 即选择归一化植被指数NDVI作为反映植被生长状况的指标, 方法有同期对比法、植被生长过程曲线法、直接监测法。本文在总结草原长势监测进展与方法的同时, 指出了其中存在的问题--监测中过分依赖NDVI、不区分草原类型而使用同一种方法进行监测;对未来发展方向做了展望--监测中选用适宜植被指数、监测方法, 分区域、分类型的监测长势, 提高监测精度, 将长势监测与草原产草量、生产力结合, 为牧民生产提供指导。     

中国科学院东北地理与农业生态研究所遥感科学与技术研究回顾与展望 ——献给东北地理与农业生态研究所成立60周年

通过中国科学院东北地理与农业生态研究所（简称东北地理所）及其前身（长春地理研究所）自1978 年以来40 a的遥感基础理论与应用研究工作的回顾,以主持的国家与地方重要遥感研究项目为主线,首先展现了研究所在遥感队伍建设、人才培养、平台建设、光学与微波遥感基础理论与遥感应用研究、微波遥感器的设计与研制等方面的大量工作;然后结合东北地理所在东北地区及东北亚周边国家开展的研究工作,回顾了研究所在自然资源、土地利用/覆被变化、生态环境演变、灾害监测、农情遥感监测等领域所取得的成就;最后,根据国内外遥感科学与技术的应用发展态势和东北地区资源环境特征,对东北地理所遥感研究的发展前景和优先发展领域进行了展望。     

Zoning grassland protection area using remote sensing and cellular automata modeling—A case study in Xilingol steppe grassland in northern China

Grassland degradation has become a serious environmental problem in China due to climate variability and human disturbances in the arid and semi-arid areas. Establishing grassland protection areas (GPAs) is regarded as an effective measure to protect grassland. This paper presents a new method to support the local government's effort in zoning of GPAs. It integrates a cellular automata (CA) model with geographical information system (GIS) and remote sensing. The proposed method includes two major steps: 1. to extract “seed points” of candidate GPAs using remote sensing techniques and GIS; 2. to simulate the zoning of GPAs using a CA model. The performance of the proposed method is evaluated using a case study in Xilingol steppe grassland in Inner Mongolia Autonomous Region of China. The results show that the integrated approach can rapidly find candidate GPAs that satisfy the zoning requirement. It has demonstrated that the proposed method of grassland protection zoning provides valuable decision support tools for government and planning agencies.