土壤湿度微波遥感监测研究进展

土壤湿度是农业生产的重要影响因子,获取土壤湿度信息以制定人工干预调节措施是稳固生产的重要保证,实时、有效地监测土壤墒情显得尤为重要。利用遥感数据反演土壤湿度有多种方法,微波遥感法被认为是目前最佳的监测方法。本文总结了被动、主动微波土壤湿度遥感监测的主要模型、方法及其优缺点和适用范围,分析了雷达遥感监测土壤湿度的最优参数选取等,展望了微波遥感监测土壤湿度的应用前景,以期为土壤湿度微波遥感监测研究提供参考和借鉴。     

岩石受力红外与微波辐射变化机理及地应力遥感关键问题

地应力遥感是遥感科学的新范式,是打开地震遥感预测大门的金钥匙;岩石受力附加电磁辐射的产生机理、感知模型及定量分离是地应力遥感的理论基础。本文简要回顾了地震红外及微波遥感异常研究的历程,系统梳理了固体力学中电磁辐射实验观测的研究成果,包括材料应力与损伤的热像分析、岩石受力破裂过程的红外成像观测、红外波谱辐射观测及微波辐射观测。系统总结了岩石受力电磁辐射变化机理研究的代表性成果,包括矿物晶体压电效应、裂纹尖端放电效应、自由电子逃逸效应、孤立系统能量平衡等岩石物理机制;分析了岩石受力附加电磁辐射变化的量子力学机理,包括晶体原子振动能级跃迁及矿物分子转动能级跃迁;讨论了岩石介电常数变化效应、地表发射率变化效应等遥感物理机制。结合地应力变化驱动下的地球系统耦合现象,分析了地壳岩体电流激发效应、地下氡气逸出效应的原理与不足,总结提出了地球系统地震响应的多尺度性。最后,面向中国地球物理卫星重大计划,提出了地应力遥感亟待突破的三大关键问题,即地应力遥感卫星的波段优选与组合配置、构造活动及地震前兆的遥感识别与复合诊断、地应力响应现象的协同观测与智能分析。     

粗糙度对被动微波遥感反演土壤水分影响的试验研究

土壤水分是气象预报、农情监测及水文模型的重要参数之一,利用被动微波遥感技术可以有效获取土壤水分。本文分析被动微波遥感反演土壤水分的国内外研究现状,在前人相关理论与方法的研究基础之上,基于土壤的微波辐射特性,通过双波段(C、Ku)微波辐射计对不同水分、不同表面粗糙度的土壤微波辐射特性进行了试验研究,分析土壤湿度与微波发射率、土壤粗糙度与微波遥感指数之间的定量关系,并建立了土壤湿度与微波发射率、粗糙度与微波遥感指数间的经验模型。     

微波遥感技术的兴起与雷达图像的应用──“成像雷达微波遥感知识”介绍之一

一、综述 1981年11月美国航天飞机第一次进入太空,在250km的高度上利用成像雷达SIR-A拍摄了地面的图像。这一划时代的科学事件标志着微波遥感技术开始进入实用阶段,从而将整个航天遥感技术从可见光、红外发展到了微波波段。根据大气层的传输特性与频率的关系,遥感信息通常选择可见光、红外和微波这几个窗口来达到传递的目的。微波遥感则是将工作波段选择在微波部分的一种遥感方法,其核心是在得到的地物微波波谱图中,解译出目标的属性和特征,以达到观测研究的目的。     

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析的研究进展

断裂活动及孕震过程遥感热异常分析是对地观测及遥感应用的重要主题。本文从遥感数据应用、异常分析方法、异常认知理解3个方面系统回顾了近30年来该主题的研究概况与主要进展。具体包括:(1)关于遥感数据应用的红外亮温、微波亮温与长波辐射、对地观测同化数据及多源数据综合的4个方面;(2)关于地震遥感异常分析的目视解译定性分析、图像处理定量分析以及多参数时空关联分析的3个发展阶段;(3)关于地震遥感异常认知理解的地球放气、应力致热、地壳岩石电池转换、氡衰变潜热释放与多圈层耦合效应等理论学说。展望未来,提出了面向典型断裂活动区的遥感监测分析与异常识别、基于地球系统地震响应的遥感异常理解分析、空天地立体观测数据的时空关联分析等3个方面的攻关重点。     

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。     

被动微波遥感雪深反演混合像元问题研究EI北大核心CSCD

积雪深度是反映地表积雪量变化的重要因子,是水文模型和气候模式中的重要参数之一。被动微波遥感以其穿云透雾、对雪层信息敏感等特点,被广泛应用于雪深的反演研究中。被动微波传感器的低空间分辨率(数千米至数十千米)及地表覆盖的复杂性,使星载被动微波遥感影像中的混合像元现象十分突出,严重制约了被动微波雪深遥感监测的应用和发展。目前,被动微波遥感雪深反演中的混合像元问题研究仍存在着诸多挑战:①理论支撑不足,对被动微波混合像元亮温响应特征及影响机制的研究尚不充分;②针对混合像元问题所发展的被动微波雪深反演算法,对地表异质性特征考虑不足。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

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。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。     

北京区域2013严重灰霾污染的主被动遥感监测

灰霾造成的严重大气污染受到人们越来越多的重视。结合2013年1月北京严重灰霾污染事件,介绍了太阳-天空辐射计、激光雷达、多波段CCD相机等遥感监测手段,分析了地-空基、主-被动等遥感方法获得的灰霾气溶胶特性遥感结果,讨论了不同遥感监测手段的特点及联合使用,结果表明：主动遥感手段在严重污染、夜间等情况下具有观测优势,而被动遥感信息含量大,具有获得气溶胶复杂特性参数的能力;地面遥感点、垂直分布线监测数据与卫星遥感的面观测数据相结合,可以初步实现灰霾的主被动遥感立体监测。     

玉树地震灾情SAR遥感监测与信息服务系统

在玉树地震中,中国首套自主知识产权的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,发挥全天时主动遥感的优势,成功服务于抗震救灾中。依据玉树地震灾情综合地理信息监测与评估工作,着重探讨SAR遥感影像用于地震灾情监测与评估中的处理方法和技术路线,研究制定了地震灾区灾情综合地理信息监测指标,通过快速几何处理、快速变化信息提取、快速目标判读和灾害空间危险性评估,实现了玉树地震震区灾情综合地理信息的解译、制图和统计评估。在此基础上,开发了玉树地震灾情综合地理信息服务系统,实现了灾情监测信息的综合管理、可视化查询和统计分析。     

从散射辐射传输成像到定量精细遥感的信息

星载遥感是电磁波与环境目标相互作用散射辐射传输获取数据图像,并进而反演诠释环境目标物理特征的信息技术。随着星载遥感多任务、多频段、多极化、高分辨率等多源多模式的发展与融合,星载遥感定量精细信息的需求提出了一系列新的信息链科学问题。本文概述本实验室在近十多年里在星载遥感领域的电磁散射辐射传输理论到定量精细遥感信息链的研究,包括：矢量辐射传输与星载微波遥感数据定标与验证（CAL/VAL）、极化电磁散射与全极化多模式合成孔径雷达（SAR）成像信息、高分辨率遥感与自动目标识别（ATR）技术、月球火星等外星遥感信息获取等。     

遥感技术在地震科学研究中的应用

介绍了遥感技术在地震科学中的一些应用成果,包括地貌研究、地壳形变、热异常及震害评估等方面。此外,近年来,随着俄罗斯和法国等国家专门用于地震研究的电磁卫星成功发射,为开展地震研究提供了丰富的电离层电磁信息,这类非成像遥感数据对地震电磁科学研究和地震短临预报具有重要意义。遥感技术(成像与非成像)在地震行业的应用将提高我国地震监测预报水平。     

面向地震应急调查的遥感应用现状及趋势分析

地震是一种会造成人类生命财产重大损失的突发性自然灾害,震后第一时间启动应急响应并开展灾情的快速评估能有效地减轻地震灾害带来的破坏。空间对地观测技术为宏观性的地震应急与调查工作提供了便捷、经济的途径,随着空间对地观测技术与数据处理技术的不断发展,各国学者对遥感应急调查开展了大量深入的研究工作,相关研究成果已广泛地应用于地震应急的实际工作中。但是,遥感数据类型与处理技术的多样化也带来了应急信息的散乱,导致遥感快速应急响应系统性不强,使得应急服务不持续,一定程度上限制了遥感技术的效能;为此,针对现阶段遥感技术在地震应急调查中的应用情况,在总结地震应急调查常用遥感技术手段的基础上,分析了遥感快速应急响应面临的技术挑战,重点梳理了地震应急不同阶段对遥感数据及应急专题产品产出类型与时效性的现实需求,结合震后灾区影像数据的情况,系统地分析了光学、雷达、激光雷达遥感技术在地震应急调查应用中的技术现状与存在的问题。在实际地震应用案例分析的基础,总结剖析遥感应急工作存在的问题,并重点从海量数据快速处理、震害信息智能化提取、多源数据协同分析3个技术层面论述了遥感地震应急面临的核心困难,基于此,结合在轨数据实时、海量数据快速处理就灾情智能化识别的多技术联合、多源数据协同分析、发展敏捷卫星等几个方面论述了未来遥感技术在防震减灾中的发展趋势,以期推动遥感监测手段提供动态、实时、持续的空间信息应急服务能力,提高地震应急工作的快速响应、精细化与业务化应用能力。本文的研究可以为多源遥感技术在地震应急调查中的科研及业务应用提供很好的参考,更高效的发挥遥感技术在防震减灾工作中的应用能力与水平。     

高分三号卫星全极化SAR影像九寨沟地震滑坡普查

基于光学遥感影像的区域滑坡普查易受云雾天气的影响,存在滑坡体调查不全面的问题,无法满足震后应急调查与恢复重建的需求。本文提出了一种极化SAR卫星数据滑坡普查方法,采用高分三号全极化SAR卫星影像数据,以九寨沟地震震区为实验区,在深入分析滑坡体和其他地物类型散射特征的基础上,融合极化特征、纹理特征和地形特征等多维特征信息,结合高分二号影像获取的训练样本,构建基于BP神经网络的全极化SAR数据滑坡自动识别模型,实现滑坡体的自动快速识别。与高分辨率光学影像与无人机航空影像目视解译结果相比较,总体识别精度为92.8%,Kappa系数为0.715,识别准确度满足地震应急实际应用的需求。研究成果可用于震区大区域滑坡体的普查,为后续开展无人机高分辨率影像滑坡体详查、灾后应急与景区恢复提供辅助信息支撑,并促进国产高分SAR卫星数据在防震减灾中的应用。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

联合热红外与微波的作物辐射方向性模型研究

热红外遥感提供地表表层辐射信息为主,被动微波遥感可更好地提供植被和土壤背景垂直结构的辐射信息。结合热红外与被动微波遥感的优势协同反演植被和土壤组分温度是提高组分温度反演精度的一种思路。本文在对热红外辐射传输模型和微波辐射模型进行比较的基础上,构建均匀作物的统一场景,将统一场景的参数分为直接参数和间接参数。基于统一场景,修改微波辐射模型的场景结构及叶倾角分布,并增加组分温度参数以计算辐射亮温,最终构建热红外与微波辐射联合模拟模型(UEasmmes模型)。针对均匀玉米作物,利用UEasmmes模型进行联合模拟,分析了组分温度、组分发射率、叶面积指数LAI及叶倾角分布LAD对热红外与微波的方向性亮温DBT的敏感性响应差异。分析结果表明:协同热红外与被动微波遥感反演植被和土壤组分温度是可行的,但对于如何克服组分发射率、LAI及LAD对植被有效发射率的影响而导致的微波辐射亮温变化以及实现热红外表皮温度与微波等效温度之间的转化仍是需要深入研究和探讨的问题。     

2015年尼泊尔Mw 7.8地震前OLR和电离层异常分析

针对2015-04-25尼泊尔Mw 7.8地震,利用NOAA卫星遥感射出长波辐射(OLR)数据和IGS(International GNSS Service)提供的全球IONEX总电子含量(TEC)数据,并考虑太阳和地磁活动水平的条件下,分别对OLR数据采用标准差阈值法和对电离层TEC数据采用四分位距法进行了异常探测。结果显示,2015-04-22在震中附近地区卫星遥感OLR出现异常增强现象;同时,2015-04-23在震中附近电离层TEC出现显著正异常现象,而且出现磁共轭现象。