垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。     

城市模拟目标的3维热辐射方向性模型

以城市3维结构场景为研究目标,考虑其光影遮蔽关系,模拟传感器视场内目标的可见表面,实现视场尺度内城市模拟目标方向亮温的准确模拟。利用地面试验观测数据对3维热辐射方向性模型进行验证。结果表明,该模型对城市3维结构目标的方向亮温具有较好的模拟精度,均方根误差为0.7K,能够描述微观尺度下城市3维模拟目标的热辐射方向性。利用该热辐射方向性模型对城市区域物理模型的方向亮温进行模拟,发现城市区域物理模型热辐射存在显著的方向差异,并伴有热点效应产生。     

遥感地面辐射观测中的视场效应问题研究

以典型的垄行作物玉米为研究对象，提出了一种新的视场效应分析方法：网格模型法。该方法将目标空间和测量空间网格化，然后在网格空间计算观测视场内的组分比例，进而确定组合信号值。本文采用网格模型法分析了垄行作物亮叶、暗叶、亮土、暗土四分量在传感器视场中面积权重变化、空隙率的变化、方向亮温的变化、红波段反射率的变化、红外波段反射率的变化以及植被指数NDVI的变化率，研究了不同观测角度情况下视场效应的变化。     

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。     

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。     

中国城市微波发射率提取与特征分析

城市是陆表重要的覆盖类型之一,精确提取城市微波发射率、研究其辐射特征和影响因素有利于提高城市密集区被动微波遥感反演土壤水分的精度.利用2008 年AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System)6.925 GHz 和10.65 GHz 双极化的时间序列亮温数据和其他多种辅助数据,在分析并去除无线电干扰的前提下,提取中国区域相对纯净城市像元的发射率,并分析其辐射特征的季节变化和影响因素.结果表明,根据本文方法提取得到的中国区域纯净城市像元有两个,分别位于北京和上海.城市亮温受到无线电干扰影响,一年内不同城市、波段、过境时间的卫星观测亮温受到的干扰强度不同.去除无线电干扰后,各通道的城市发射率在一年中变化不大,且卫星降轨观测时刻的发射率比升轨时刻更加稳定.降雨是影响城市发射率的重要因子,当降雨量达到一定程度后,城市发射率与降雨量呈现明显的负线性相关.     

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。     

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。     

机载L波段主被动一体化微波探测仪辐射计定标

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。在闪电河流域水循环与能量平衡遥感综合试验中,利用机载L波段主被动一体化微波探测仪开展了以土壤水分为首要目标的大型航空遥感试验。其中,被动探测部分即微波辐射计采用微带天线,辅以机械扫描方式进行多角度成像观测。为有效支撑微波辐射计数据的处理及定量反演,必须对机载微波辐射计进行实时定标,本文采用分步定标法进行辐射亮温的定标,即在实验室对定标链路中的噪声源进行定标,得出对应的辐射亮温;飞行试验中,利用该两个参考点得到辐射计输出电压和亮温的关系,同时选取试验区域附近的水体作为外定标参考点,进行定标方程的修正。结果表明,机载辐射亮温与地面参考点(草地)模拟亮温比较吻合,二者对比结果显示均方根误差最小为0.93 K (2018-09-26,H极化),无偏均方根误差最小为0.96 K (2018-09-24,V极化),有效支撑了国产L波段微波辐射计相关卫星计划的论证以及后续的定量反演与降尺度等相关研究工作的开展。     

GMS5红外卫星云图参数化及在降水预测中的应用

从大气探测的基本原理出发,利用2001—2002年4—10月逐时的气象卫星红外云图和地面观测资料,对云图进行参数化估计,得到一些参数化估计结果,分析了不同视场条件下各类参数与降雨强度的关系,发现测站降水强度和其上空一定视场范围内的平均亮温、亮温方差、等效云量、亮温面积指数(1级、5级、6级)关系较明显,并利用最优子集回归方法建立小区域降水强度的预测方程,检验结果表明:利用红外资料估算未来6h的降雨强度其平均准确率在80%以上,分析视场大小对预测效果影响不大。     

Retrieving cloud fraction in the field-of-view of a high-spectral resolution infrared radiometer

The combination of radiance from both clear and cloudy regions of sky within the instrument's field of view (FOV) adds significant uncertainty to retrievals of atmospheric state profiles and cloud microphysical properties from infrared spectroradiometers. In this letter, we use observations of radiance from both the 8-13 and 3-5 /spl mu/m bands to retrieve estimates of the cloud fraction in the instrument's FOV, as well as microphysical cloud properties, from high-spectral-resolution infrared radiometers. Cloud fraction derived from imagers as well as high-time-resolution observations show good agreement and high correlation with our derived cloud fraction values. This is shown for both ground-based and aircraft-based observations. We also demonstrate that the use of the additional information in the 3-5 /spl mu/m band extends the dynamic range and accuracy of microphysical properties that can be retrieved from infrared radiance data.     

针叶林冠层热点及多角度无人机遥感观测及特征分析

多角度遥感观测是研究植被冠层BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)特性的重要手段,但目前对森林冠层进行连续间隔采样的多角度遥感观测及数据较少,热点方向的观测尤为缺乏。本研究基于无人机多角度高光谱成像系统,在主平面上对针叶林冠层以等角度连续间隔采样进行多角度观测,获取了主平面上多角度(包括热点和暗点)高光谱影像,并将观测结果与四尺度几何光学模型模拟结果进行对比分析。多角度观测获取的植被冠层反射率呈现出典型的植被方向反射特征,后向大部分角度观测的冠层反射率高于前向,在热点处出现峰值,在暗点附近方向出现最低值,观测天顶角VZA (View Zenith Angle)较大时表现出明显的"碗边效应"。结果表明:(1)观测的针叶林冠层反射率及BRDF特性与四尺度模型模拟基本一致,但红光波段模拟的热点反射率稍低于观测,前向观测VZA较大时模拟与观测结果差异稍大;(2)冠层结构及叶片光学特性的差异会导致观测到的BRDF特征不同;(3)观测的针叶林冠层BRDF呈现明显的光谱效应,不同波段呈现的各向异性特性不同,红光波段各向异性最强,近红外波段最弱;(4) BRDF的光谱效应差异导致观测到的植被指数也表现出各向异性,NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)、PRI (Photochemical Reflectance Index)和MTCI(MERIS Terrestrial Chlorophyll Index)在热点方向最低,EVI (Enhanced Vegetation Index)在热点方向最高。本研究中无人机多角度成像观测提供的角度和高光谱信息,尤其是热点和暗点信息,在地物识别及分类、植被冠层结构反演及碳循环关键参数获取等研究方面具有较好的应用前景,在其它地物反射或热辐射等方向性特性研究中也具有较大的潜力。     

相对湿度对吸收性气溶胶指数的影响

为提高风云三号气象卫星(FY-3)紫外臭氧总量探测仪(TOU)观测数据得到的吸收性气溶胶指数AAI(Absorbing Aerosol Index)或AI(Aerosol Index)的可靠性,需要了解AAI指数与相对湿度之间的内在关系。本研究利用大气辐射传输模型DAK(Doubling-Adding KNMI)分别模拟了在城市气溶胶和乡村气溶胶模式下AAI同相对湿度之间的关系,并将结果同已观测到的实际结果进行对比。结果发现,在相对湿度呈高值时AAI指数出现很大的变化,但相对湿度对两种气溶胶模型的影响具有相反的效应,分析显示当大气中含有吸收性气溶胶如含碳类气溶胶(在中国北部的污染过程中很常见)时,AAI结果对RH(Relative Humidity)有很强的依赖。在应用AAI指数产品检测污染过程中需要注意气溶胶的具体类型和相对湿度的影响,必要时在高相对湿度过程中进行数据校正或剔除。     

Integrated adjustment of CHAMP, GRACE, and GPS data

Various types of observations, such as space-borne Global positioning system (GPS) code and phase data, accelerometer data, K-band range and range-rate data, and ground-based satellite laser ranging data of the CHAllenging Minisatellite Payload (CHAMP) and GRAvity Climate Experiment (GRACE) satellite missions, are used together with ground-based GPS code and phase data in a rigorous adjustment to eventually solve for the ephemerides of the CHAMP, GRACE, and GPS satellites, geocenter variations, and low-degree gravity field parameters. It turns out that this integrated adjustment considerably improves the accuracy of the ephemerides for the high and low satellites, geocenter variations, and gravity field parameters, compared to the case when the adjustment is carried out stepwise or in individual satellite solutions.Acknowledgments. This study has been supported by the German Ministry of Education and Research through the Geotechnologies Programme grants 03F0333A/CHAMP and 03F0326A/GRACE.     

遥感数据产品真实性检验不确定性分析研究进展

不确定性分析是遥感产品真实性检验最重要的部分,本文以叶面积指数LAI为例,从测量、模型以及蕴含在测量和模型中的尺度效应3个方面分析产品真实性检验过程的不确定性来源,并针对问题提出减小其不确定性的办法。对于相对均一的地表,地面测量的空间代表性比较好,可不考虑地表空间代表性引起的尺度效应和蕴含在模型中的尺度效应引起的不确定性。针对异质性地表,分为两种情况:若模型是线性的,蕴含在模型中的尺度效应可以忽略,只需要考虑测量的不确定性、模型本身的不确定性、以及地面测量的空间代表性引起的尺度效应;若模型是非线性的,则测量、模型和蕴含在测量和模型中的尺度效应引起的不确定性都需要考虑。     

North Carolina’s forest disturbance and timber production assessed using time series Landsat observations

Wood products provide a relatively long-term carbon storage mechanism. Due to lack of consistent datasets on these products, however, it is difficult to determine their carbon contents. The main purpose of this study was to quantify forest disturbance and timber product output (TPO) using time series Landsat observations for North Carolina. The results revealed that North Carolina had an average forest disturbance rate of 178,000 ha per year from 1985 to 2010. The derived disturbance products were found to be highly correlated with TPO survey data, explaining up to 87% of the total variance of county level industrial roundwood production. State level TPO estimates derived using the Landsat-based disturbance products tracked those derived from ground-based survey data closely. The TPO modeling approach developed in this study complements the ground-based TPO surveys conducted by the US Forest Service. It allows derivation of TPO estimates for the years that did not have TPO survey data, and may be applicable in other regions or countries where at least some ground-based survey data on timber production are available for model development and dense time series Landsat observations exist for developing annual forest disturbance products.     

卫星耦合传感网的实时动态网络地理信息系统技术及应用

长期以来,地球空间信息服务无法反映现场实况,不能满足综合监测实时信息服务需求。本文围绕空天地平台观测共享集成管理和时空信息高效服务问题,提出了传感网观测共享信息模型,重点阐述了基于对地观测传感网的最大时空覆盖优化布局、任务反馈控制、流式观测实时接入和动态仿真与预警决策支持的实时动态GIS关键技术,介绍了实时动态网络GIS平台GeoSensor及长江流域通航、防洪和发电时空信息感知管理应用。