利用Landsat TM数据和地面观测数据验证GLASS反照率产品

Global LAnd Surface Satellite Products System(GLASS)反照率产品基于Angular Bin(AB)算法,仅使用单一观测角度的地表或大气层顶反射率数据就能较为准确地反演地表宽波段反照率,具有较高的时间分辨率,可以反映降雪、融雪、收割等状况下地表反照率的快速变化。遵循"一检两恰"的验证流程对这一反照率产品进行验证,首先使用FLUXNET站点验证数据对AB算法反演的Landsat Thematic Mapper(TM)高分辨地表反照率数据进行验证,再将TM高分辨反照率聚合到GLASS像元尺度对GLASS反照率产品进行验证。挑选FLUXNET的5个站点,筛选无云条件下的TM高分辨率影像,共获得103组有效验证数据。验证结果表明,GLASS反照率产品具有较高的精度,总体误差约为0.0163,可以满足大多数应用的精度需求。     

一种拓展的半物理时空融合算法及其初步应用

Landsat 5卫星较低的时间分辨率(16天)使得其很难获得大区域的、时相一致的清晰影像数据集。本文发展了一种基于半物理模型的时空融合算法-即乘性调制融合算法,并借助多时序的MODIS反射率数据来生成多时相的Landsat TM/ETM+反射率合成影像,经镶嵌后得到区域尺度的高时空分辨率地表反射率数据集(Landsat TM/ETM+)。本文利用吉林省2006年—2011年的Landsat 5 TM地表反射率数据以及500 m的MOD09A1反射率产品来生成3个时相的Landsat 5 TM反射率合成数据,从而获得研究区在上述时相下地表反射率数据的镶嵌图。初步分析表明,所生成的Landsat 5 TM反射率数据的光谱分布特征与MOD09A1反射率数据较为一致,且图像在整体上光谱特征的连续性较好。     

利用云下阴影实现陆地上空气溶胶和地表反射率的同时反演—理论方法和模拟

卫星探测信号包含大气中分子和粒子的散射贡献以及地表反射的贡献,在陆地上空二者的贡献相当,并且陆地地表反射率在时间和空间上极度不均一,因此,很难区分二者的各自贡献从而定量提取大气气溶胶和地表反射率,陆地上空气溶胶的反演也一直是一个极具挑战性的课题.而高分辨率卫星资料如TM5的可见光通道能够很好地区分云和云下阴影,如果云是不透光的,在阴影上空,卫星信号仅包含大气散射贡献和地表漫反射贡献,而在邻近的非阴影区上空,卫星探测信号还包含地表直接反射的贡献,根据这个原理,利用辐射传输模式分析了阴影区和非阴影区上空卫星探测的辐射量差别与地表反射率和大气气溶胶的关系,提出一种利用云下阴影来同时提取阴影上空大气气溶胶和地表反射率的单波长反演方案,并对气溶胶单次散射反照率,散射相函数,测量精度以及地表反射率的不均一性进行了敏感性分析.     

多时相MODIS影像水田信息提取研究

水稻种植及其分布信息是土地覆被变化、作物估产、甲烷排放、粮食安全和水资源管理分析的重要数据源。基于遥感的水田利用监测中,通常采用时序NDVI植被指数法和影像分类法分别进行AVHRR和TM影像的水田信息获取。针对8天合成MODIS陆地表面反射比数据的特点和水稻生长特征,选取水稻种植前的休耕期、秧苗移植期、秧苗生长期和成熟期等多时相MODIS地表反射率影像数据,通过归一化植被指数、增强植被指数及利用对土壤湿度和植被水分含量较敏感的短波红外波段计算得到的陆表水指数进行水田信息获取。将提取结果与基于ETM＋影像的国土资源调查水田数据,通过网格化计算处理并进行对比分析,结果表明,利用MODIS影像的8天合成地表反射率数据,进行区域甚至全国的水田利用监测是可行的。     

集合卡尔曼滤波方法的高时空分辨率山区地表反照率反演EI北大核心CSCD

高分辨率地表反照率遥感产品以其空间分辨率高的优点,目前正成为区域能量平衡和气候变化研究的重要数据源。现行的高分辨率地表反照率遥感反演算法及数据产品均假设地表平坦且均一,缺乏对地表异质性和地形复杂性的考虑,将适用于平坦地表的反演算法应用于山区将存在一定的误差。改进的直接算法将直接反演算法与山地辐射传输模型结合,为反演山区高分辨率地表反照率提供了可能,可以反演山区地表反照率产品。但该算法受到下垫面积雪、云污染等影响,反演的影像时域不连续,且存在着较多的缺失值,无法构建时空连续的地表反照率产品来支撑山区地表能量平衡相关研究。针对这一问题,本文以高分四号(GF-4)卫星数据为例,首先基于改进的直接反演算法反演山区高分辨率地表反照率,结合MODIS BRDF/Albedo产品构建先验知识背景场,采用集合卡尔曼滤波方法对反演的山区地表反照率进行时空填补,构建了时空连续的地表反照率反演方法,并生产了2016年—2017年的山区地表反照率产品。研究结果表明,反演的时空连续高分辨率地表反照率产品与地面站点观测数据的一致性较好。不同坡度地面站点的验证结果显示,反演的时空连续地表反照率产品在湿地、农田等平坦地表下RMSE小于0.01,坡度较大的站点下RMSE为0.0163。本文描述的山区地表反照率时空填补技术也可以应用到其他定量遥感产品,为这些产品在山区地表下的填补技术提供有效参考。     

基于植被指数-反照率特征空间的沙漠化信息遥感提取——以张掖绿洲及其附近区域为例

利用Landsat TM遥感卫星影像反演植被指数和地表反照率,并由此构建了植被指数和地表反照率组成的特征空间,最后利用该特征空间对张掖绿洲及其附近区域的沙漠化现状和程度进行了定量评价。利用野外调查的定位数据对结果进行检验,总体精度达到82%。该方法可以在遥感图像处理软件下实现沙漠化现状与程度的自动识别,而且指标简单、易于获取。与单纯使用遥感光谱信息进行分类相比,对于沙漠化现状与程度的分类和分级具有更好的效果。     

利用BRDF原型和单方向反射率数据估算地表反照率

地表反照率是影响地表能量收支平衡的决定性参数之一,精确反演地表反照率需要考虑地表各向异性反射特征。本文尝试以双向反射分布函数BRDF原型为地表各向异性反射的先验知识,通过单方向反射率反演地表反照率。首先根据地面实测及MODIS多角度反射率数据对反演方法进行分析和精度评价,然后借助MODIS BRDF产品统计出研究区的主导BRDF原型,并联合环境一号卫星(HJ-1)单方向反射率数据反演30 m地表反照率,最终将结果与地表实测数据进行比较。结果表明:BRDF原型对BRDF的变化进行了约束,且能够适用于几十米尺度的遥感数据反照率的反演;不同级别的各向异性反射特征的分布是不均一的,借助于主导BRDF原型能够使大部分样本的地表反照率满足精度要求;利用研究区MODIS BRDF产品统计得到的主导BRDF原型为先验知识,通过HJ-1数据反演得到的地表反照率与地表实测反照率有较高的一致性,而朗伯假定条件下的反照率高于实测结果。本文算法简单高效,可为产生全国范围的中高分辨卫星反照率产品提供有价值的算法参考。     

高分辨率地表反照率遥感估算研究进展

地表反照率是研究地表能量收支平衡、中长期天气预报和全球气候变化的一个重要参数。利用卫星数据估算地表反照率需要地表二向反射特征知识的支持，目前针对中低分辨率卫星数据的反照率反演算法相对成熟，且发布了不同分辨率和精度的全球产品。随着全球高分辨率对地观测技术的不断发展，特别是中国高分系列卫星的发展，为高分辨率地表反照率精确估算提供了丰富的数据源。然而高分辨率地表反照率遥感估算面临着观测角度数据不足、波段信息少等有效数据缺失的问题，国内外学者开展了一系列针对高分辨率地表反照率估算方法的研究。本文首先简述了地表反照率遥感估算的基本原理与目前存在的主要问题，总结并分析了近几年高分辨率反照率估算的相关算法，并对未来高分辨率反照率估算的进一步发展提出了展望和设想。论文研究可为高分辨率反照率算法研究和产品发展提供理论支持。     

基于Landsat TM的城市热岛效应与地表特征参数稳健关系模型

 首先,利用Landsat TM热红外影像结合地面气象观测资料反演地面温度,揭示了济南市夏季城市热岛效应| 然后,基于稳 健的LTS与最小二乘回归（LS）分析探讨了城乡地面热辐射与地表特征参数的线性变化趋势,认为植被指数（NDVI、SAVI和TCG）、 湿度指数（NDMI和TCW）以及近红外反照率与地表温度的变化趋势相反,亮度指数（NDBI和TCB）和可见光反照率与地表温度的变化 趋势一致,而短光波段反照率与地表温度不存在明显相关趋势。研究结果表明,NDMI能很好地解释地表温度变化,且最为稳健; 其次是NDVI、SAVI、TCG和NDBI,它们对地表温度的解释程度高且稳健性较强; 可见光反照率虽能较好解释地表温度,但其稳健性 较差; 近红外反照率、TCW和TCB对地表温度的解释程度和稳健性相对较低。     

融合Landsat ETM+和MODIS数据估算高时空分辨率地表短波反照率

提出一种通过融合高空间低时间分辨率、低空间高时间分辨率地表短波反照率,来估算高时空分辨率地表短波反照率的方法。首先,利用Landsat ETM+数据,通过窄波段到宽波段的转换得到一景或多景空间分辨率较高的ETM+蓝天空短波反照率;然后,在MODIS短波反照率产品基础上,以天空光比例因子为权重,得到空间分辨率较低的MODIS蓝天空短波反照率;最后,利用STARFM(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)模型融合ETM+短波反照率的空间变化信息和MODIS短波反照率的时间变化信息,得到高时空分辨率的地表短波反照率。针对STARFM模型在异质性区域估算精度降低的问题,通过以MODIS反照率影像各像元的端元(各地类)反照率取代MODIS像元反照率来提取时空变化等信息参与STARFM模型的融合过程,达到提高异质性区域估算精度的目的。结果显示,直接利用STARFM模型估算得到的高空间分辨率地表短波反照率处在合理的精度范围内(RMSE0.02),用改进后的STARFM模型估算得到的异质性区域短波反照率和真实ETM+短波反照率间的相关系数增大。     

Forward a spatio-temporal trend surface for long-term ground-measured albedo upscaling over heterogeneous land surface

Upscaling ground albedo is challenged by the serious discrepancy between the heterogeneity of land surfaces and the small number of ground-based measurements. Conventional ground-based measurements cannot provide sufficient information on the characteristics of surface albedo at the scale of coarse pixels over heterogeneous land surfaces. One method of overcoming this problem is to introduce high-resolution albedo imagery as ancillary information for upscaling. However, due to the low frequency of updating of high-resolution albedo maps, upscaling time series of ground-based albedo measurements is difficult. This paper proposes a method that is based on the idea of conceptual universal scaling methodology for establishing a spatiotemporal trend surface using very few high-resolution images and time series of ground-based measurements for spatial-temporal upscaling of albedo. The construction of the spatiotemporal trend surface incorporates the spatial information provided by auxiliary remote sensing images and the temporal information provided by long time series of ground observations. This approach was illustrated by upscaling ground-based fine-scale albedo measurements to a coarse scale over the core study area in HiWATER. The results indicate that this method can characterize the spatiotemporal variations in surface albedo well, and the overall correlation coefficient was 0.702 during the study period.     

中国地表积雪动态分布及反照率的变化

地表特征和下垫面物理性质在时分布上的差异,造成地表能量分布的不均。地表积寻由于其分布广、反照率高、高节性强等特点,对局地气修乃至全球气修变化都具有深远的影响。遥感动态监测地表特征的变化和反演大面积反照率是一种实际有效的技术手段,该文应用遥感技术、分析研究了我国地表积雪分布和反照率的动态变化。     

陆地表层覆盖变化对地表反照率影响的四国对比

陆表覆盖变化影响地表特征从而改变地表能量平衡是理解人类活动对全球气候变化影响的关键环节。选择国际气候谈判主要国家的美国、印度和巴西作为中国的对比国，对比分析不同国别、不同气候带典型陆表覆盖类型的地表反照率时空差异，进而模拟开垦和城市化等陆表覆盖变化对反照率的影响差异。结果表明：(1) 2000年—2015年，中国、美国的地表反照率年际变化存在明显的气候带空间分异特征，中国干旱半干旱区和美国中低纬湿润区表现出降低趋势，而中国亚热带湿润和美国高纬与中部干旱区则表现出明显的升高趋势，印度的地表反照率年际变化呈微弱下降趋势，而巴西为微弱上升趋势。(2)无雪覆盖时，耕地、林地、草地和人造地表反照率具有夏高、冬低的时间变化特征，干旱半干旱区反照率明显高于湿润区。4种类型的国别差异体现在，中国亚热带湿润区地表反照率均以上升为主，干旱半干旱区则相反；美国除耕地在干旱区呈较强的升高趋势外，其余类型基本为降低趋势；印度均表现为降低趋势；巴西则表现为略微升高趋势。(3)与无雪覆盖相比，有雪覆盖时不同陆表覆盖类型地表反照率均有所提高，林地提高幅度最小，约0.06—0.26，耕地提高最大，约为0.17—0.38，且中国林地反照率提高幅度略高于美国。(4)原陆表覆盖为林地时，开垦和城镇化均导致地表反照率升高，且干旱区升高幅度高于湿润区，湿润区的升高幅度随纬度降低而减弱；为草地时，开垦主要在巴西、印度和中、美亚热带湿润区引起地表反照率升高。而城镇化引起的反照率变化则受到原有地表覆盖、季节和气候背景影响存在较复杂的国别和气候带差异。     

北京城市不透水层覆盖度遥感估算

 应用线性光谱混合模型研究城市环境生物物理组成，端元的确定是其关键。城市地表同物异谱现象显著，光谱变异强烈，对于高反照率地物尤其突出。端元的光谱变异对线性光谱混合模型拟合结果产生重要影响。以同种纯净地物光谱曲线形状具有相似性为出发点，提出了一种端元优化选取方法，在此基础上计算了北京城市地表不透水层覆盖度。研究结果表明，该方法能够在一定程度上减小端元光谱变异性对线性光谱混合模型拟合结果的影响，进而提高城市不透水层覆盖度的估算精度。     

流域尺度的不透水面遥感提取

一个地区的不透水面覆盖度不仅是该地区城镇化程度重要指示因子,也是该地区生态环境状况的重要指示因子.现有的不透水面遥感提取方法,多集中在城区尺度上.而流域尺度上快速、准确的不透水面遥感提取方法在国内外还鲜有研究.本研究以覆盖海河流域同一季节的Landsat影像为数据源,利用已有土地利用数据集中的道路、城市、农村和工业用地...     

沙尘源区AVHRR反照率时序变化与TSP的对比分析

以 2 0 0 1年 3月到 5月的几次沙尘天气为例 ,介绍基于地表覆盖的AVHRR反照率的反演结果 ,并与TSP(沙尘干量 )和Si(硅 )进行对比分析 ,发现它们具有较好的相关性 ,从而揭示了沙尘暴发生前后地表能量的变化状况 ,为预测预警沙尘天气的危害提供及时客观的空间信息     

Surface albedo from the geostationary Communication,Ocean and Meteorological Satellite (COMS)/Meteorological Imager (MI) observation system

The surface albedo is an essential climate variable that is considered in many applications used for predicting climate and understanding the mechanisms of climate change. In this study, surface albedo was estimated using a bidirectional reflectance distribution function model based on Communication, Ocean and Meteorological Satellite/Meteorological Imager data. Geostationary orbiting satellite data are suitable for a level 2 product like albedo, which requires a synthetic process to estimate. The authors modified established methods to consider the geometry of the solar-surface-sensor of COMS/MI. Of note, the viewing zenith angle term was removed from the kernel integration used for estimating spectral albedo. Finally, the spectral (narrow) albedo was converted into the broadband albedo with shortwave length (approximately 0.3–2.5 μm). This study determined conversion coefficients using only one spectral albedo of visible channel. The estimated albedo had a relatively high correlation with Satellite Pour l’Observation de la Terre/Vegetation and low unweighted error values specific for land types or times. The validation results show that estimated albedo has a root mean square error of 0.0134 at Jeju flux site that indicates accuracy similar to that of other satellite-based products.     

利用中国通量网和MODIS数据评估MISR地表反照率产品

地表反照率是反映地表能量平衡的重要参数。本文通过中国陆地生态系统通量观测研究网络的实测反照率和MODIS的地表反照率产品对MISR的短波反照率数据进行验证和分析:提取了中国通量网中的8个站点的数据和对应的MODIS、MISR的反照率产品用于验证。验证的结果显示,在多数站点,MISR短波反照率能与地面数据相吻合,大部分的反演误差都集中在0.04以内;MISR与MODIS短波反照率的吻合度更高,总体的误差为0.018,均方根误差在0.04左右。总的来说,MISR地表反照率产品具有较高的反演质量。     

城市不透水表面遥感估算研究

作为城市化水平的关键指示因子，不透水表面已经被广泛应用在城市生态环境评估中。利用TM影像，采用附有限制条件的线性光谱混合模型对北京城区的不透水表面分布进行空间分析。通过高反照率、低反照率、植被及土壤4类光谱端元的线性组合表征城市土地覆盖类型，综合剔除噪声影响后的高、低反照率分量，估算北京城区不透水表面分布。研究结果表明：利用附有限制条件的线性光谱分解得到的RMS平均值为0．003428。其不透水表面分布结果与同期spot-5对比验证，R2为0．932，均方根误差为0．086，结果令人满意。