差分干涉测量黄河三角洲天然湿地水位变化研究

利用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测湿地水位变化,对湿地保护、恢复和重建具有非常重要的意义.利用C波段VV极化和L波段HH极化合成孔径雷达影像,结合同步野外测量和调查工作,在各季节不同时间间隔下,研究不同湿地类型的后向散射特性差异和干涉相干性差异;在对影响干涉相干性的因素进行评价的基础上,建立差分干涉测量湿地水位变化监测的函数模型,利用获取的合成孔径雷达影像,分析黄河三角洲的天然湿地水位变化.研究结果表明,利用差分干涉测量技术不仅可以获取湿地水位变化,而且还能提供水位变化的空间细节,这是本技术最突出的特色.     

基于新的组合粗糙度参数的土壤水分微波遥感反演

土壤水分的时空分布是水文、气象等领域研究的重要参数。微波遥感因其全天时、全天候对地观测以及较强的穿透能力成为土壤水分反演的重要手段。该文以风沙滩地区为研究区,利用AIEM模型模拟雷达后向散射系数与粗糙度、土壤水分之间的关系,提出一种新的组合粗糙度参数S3/L,以法向菲涅尔反射系数代替土壤水分,建立了雷达后向散射系数与组合粗糙度、法向菲涅尔反射系数Г0的经验关系,利用Radarsat-2C波段双极化(VV、HH)数据构建了土壤水分反演模型。经实测数据验证,模型反演结果与实测值有着良好的相关性(R~2=0.8541),平均绝对误差为4.95%,均方根误差为6.00%。与以往同一区域的研究成果相比,该文提出的反演模型精度较高,更适合于风沙滩地区土壤水分的反演。研究结果可为该地区的水循环及水环境评价研究提供支持。     

基于宽幅SAR的格陵兰岛冰盖冻融强度提取方法研究

极地冰盖冻融强度信息在理解冰盖稳定性及其对气候变化响应中具有重要意义。利用格陵兰岛2016年Sentinel-1A干涉宽幅双极化SAR数据(HH+HV),结合同时相自动气象站点温度和MODIS温度产品数据,研究了HH、HV极化幅度值及HH/HV比值与冻融强度的相关关系。结果表明冻融强度与HH、HV极化幅度值呈负相关关系,而与HH/HV值呈正相关关系,且与HH/HV值的相关性更好, R~2值约0.610。基于MODIS温度产品建立了冰盖冻融强度划分的5个HH/HV区间阈值,最后通过MODIS温度产品的结果验证表明,利用HH/HV值的冻融强度提取精度为86.8%。     

基于ENVISAT ASAR数据的森林蓄积量估测研究

以东北大兴安岭地区的图强林业局作为试验区,基于统计方法对多时相ENVISAT ASAR数据进行森林蓄积量估测研究,分别选取HH、HV及HV/HH值分析森林蓄积量与SAR后向散射系数之间的关系;根据其散点图形状进行方程拟合及优选,完成蓄积量的估测。利用独立的检验样本对估测结果进行评价,均方根误差(RMSE)为16.526 m3/hm2,与实际情况基本相符。     

广州市典型地物及果树极化特征

采用ENVISAT.ASAR的APMOde(Alternating Polarisation Mode)数据,对广州市几种典型地物(建筑物、植被、水体)在HH水平极化方式、W垂直极化方式及VH交叉极化方式下的后向散射特征进行研究,分析不同类型地物在不同极化方式下的特点规律;并对实地测得的几种果树(龙眼、黄皮、番石榴)的植被参数及从光学影像上提取的果树信息和雷达图像上果树的后向散射特征进行相关分析,从雷达图像成像原理及物理机制入手总结几种果树后向散射特征的特点及影响其后向散射特征的因素.结果表明,极化雷达遥感对水体、植被的探测具有独特优势,在探测水质信息及植被结构信息上具有较大潜力.     

扎龙湿地土地利用信息提取方法研究

利用2015年4~11月8景C波段Rardarsat-2影像SGX产品数据和2015年9月10日Landsat 7的7个波段的反射率数据,采用面向对象分类方法,获得8个日期的扎龙湿地淹水区,计算出淹水频次;选取的19个特征变量分别为Landsat 7影像的1波段~7波段的反射率、归一化植被指数、二阶距、对比度、相关性、差异性、能量、同质性、中值、HH和HV极化波段的后向散射系数、淹水范围和淹水频率,采用随机森林算法,提取扎龙湿地的土地利用类型信息。研究结果表明,有淹水频率参与的分类精度为91.73%,无淹水频率参与的分类精度为76.49%,精度提高主要体现在沼泽湿地与草地的分类上。本研究为准确地更新湿地基础信息提供了方法示范。     

湖冰遥感监测方法综述

本文综述了多光谱和微波数据监测湖冰冻结、消融及冰厚的方法,并比较了各种方法的优缺点,最后运用MODIS和AMSR-E监测了纳木错2007/2008冬半年冰情.湖冰监测方法主要有阈值法和指数法.阈值法是根据冰水反射率、温度、后向散射系数等特征因子的不同直接区分冰水.精度较高,误差在5天以内.指数法主要是根据冰水波谱特性和极化特性.做波段运算后间接区分冰水.冰厚监测常采用经验公式法,用实测数据与反射率、极化比、亮温等建立关系式反演整个湖泊冰厚,此方法适用于特定的某个湖泊.冰厚识别是湖冰监测的难点,主动微波比多光谱数据更适合监测冰厚.从数据本身来讲,热红外、被动微波等高时间分辨率数据比可见光、主动微波等高空间分辨率影像更适合监测大面积湖泊冰情.基于多源遥感数据,发展自动反演算法将是湖冰遥感监测发展趋势之一.     

微波遥感反演土壤水分中构建粗糙度参数的新方法

地表粗糙度是影响雷达后向散射系数的重要因素。该文在基于SAR影像反演地表土壤水分的过程中,考虑到地表粗糙度的野外测量误差、取值范围和雷达入射角等方面的影响,统计了裸土、农用地和草地等几种典型地表的粗糙度测量数据,以此限定AIEM模型的输入参数范围。首先,利用AIEM模型模拟雷达后向散射系数与粗糙度、土壤水分之间的关系,构建了基于曲面拟合思想的、与入射角相关的组合粗糙度参数,并以此为基础利用Envisat ASAR双极化数据(VV、VH)建立了土壤水分反演模型。经实测数据验证,在不同入射角范围内,基于该文建立的模型得到的土壤水分反演结果与实测值都有良好的相关性。与其他形式的组合粗糙度参数进行对比,该文提出的模型反演精度较高,能够适用于入射角范围在(5°,65°)内的SAR影像的反演。     

融合Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像的扎龙湿地信息提取

以黑龙江流域中的扎龙湿地及其上游区域为研究区,将Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像数据相结合,根据面向对象原理,采用随机森林算法,对研究区的湿地进行遥感分类和信息提取;利用3种特征变量集,进行实验对比,研究红边波段反射率和雷达后向散射系数对湿地信息提取的作用。研究结果表明,红边波段反射率和雷达后向散射系数对土地覆盖分类精度的提高起到了重要作用,两者结合得到的分类结果的总体精度达到了88.72%,Kappa系数为0.87,其中,水体、水田和沼泽的用户精度分别为100%、98.18%和91.37%。利用红边波段和雷达波段影像数据,分别使土地覆盖分类总体精度提高了5.26%和2.51%,红边波段影像数据对沼泽提取精度的提高贡献最大,使生产者精度提高了12.5%。     

集成Sentinel 1/2卫星影像的哈尼湿地森林沼泽制图研究

森林沼泽作为独特的湿地类型,对区域碳循环和生物多样性保护具有重要作用。以吉林省哈尼湿地为研究对象,集成应用Sentinel-1雷达和Sentinel-2多光谱影像,充分挖掘Sentinel-1多极化波段特征和Sentinel-2红边指数对森林沼泽遥感识别的潜力,应用随机森林方法实现哈尼湿地森林沼泽分布信息的提取。结果表明:当森林沼泽信息提取最优决策树数目为1200,融合Sentinel-1 VV与VH后向散射系数雷达波段特征与Sentinel-2红边波段特征能显著提高森林沼泽分布信息的提取精度,保护区森林沼泽信息提取总体精度与Kappa系数分别高达89%、0.85,提取质量相对较高。哈尼湿地景观类型多样化,天然湿地、人工湿地与非湿地景观类型并存。在天然湿地类型中,森林沼泽面积最大,为27.1 km^(2),占保护区总面积的11.2%;河流面积最小,为0.7 km^(2),占保护区总面积的0.3%。森林沼泽提取方法为哈尼湿地的可持续管理提供数据支持,也为其他地区森林沼泽制图提供案例指导。     

Classification of full-polarization ALOS-PALSAR imagery using SVM in arid area of Dunhuang

Classification is an important process in interpretation of synthetic aperture radar(SAR) imagery. As an advanced instrument for remote sensing, the polarimetric SAR has been applied widely in many fields. The main aim of this paper is to explore the ability of the full-polarization SAR data in classification. The study area is a part of Dunhuang, Gansu Province, China. An L-band full-polarization image of Dunhuang which includes quad-polarization modes was acquired by the ALOS-PALSAR(Advanced Land Observing Satellite–the Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar). Firstly, new characteristic information was extracted by the difference operation, ratio operation, and principal component transform based on the full-polarization(HH, HV or VH, VV) modes SAR data. Then the single-, dual-, full-polarization SAR data and new SAR characteristic information were used to analyze quantitatively the classification accuracy based on the Support Vector Machines(SVM). The results show that classification overall accuracy of single-polarization SAR data is poor, and the highest is 56.53% of VV polarization. The classification overall accuracy of dual-polarization SAR is much better than single-polarization, the highest is 74.77% of HV VV polarization data. The classification overall accuracy of full-polarization SAR is 80.21%, adding the difference characteristic information, ratio characteristic information and the first principal component(PC1) respectively, the overall accuracy increased by 3.09%, 3.38%, 4.14% respectively. When the full-polarization SAR data in combination with the all characteristic information, the classification overall accuracy reached to 91.01%. The full-polarization SAR data in combination with the band math characteristic information or the PC1 can greatly improve classification accuracy.     

Sensitivity of the backscatter intensity of ALOS/PALSAR to the above-ground biomass and other biophysical parameters of boreal forest in Alaska

We investigated the potential of ALOS/PALSAR for estimating the above-ground biomass (AGB) and other biophysical parameters (tree height, diameter at breast height (DBH), and tree stand density) in the boreal forest of Alaska. In July 2007, forest surveys were conducted along a south–north transect (150°W) to profile the ecotone from boreal forest to tundra in Alaska. In situ parameters were measured in 29 forests by a combination of the Bitterlich angle-count sampling method and the sampled-tree measuring method. These in situ values were compared with the backscatter intensity of ALOS/PALSAR. A strong positive logarithmic correlation was found between the backscatter intensity and the forest AGB, with the correlation being stronger in the HV than in the HH polarization mode. No obvious saturation was found in the sensitivity of the HV mode backscatter intensity to the forest AGB up to 120.7 Mg ha^?1. Similarly, a robust sensitivity was found in the HV backscatter intensity to both tree height and DBH, but weak sensitivity was observed for tree density. The regression curve of HV backscatter intensity to the forest AGB appeared to be intensified by the uneven forest floor, particularly for forests with small AGB. The geographical distribution of the forest AGB was mapped, demonstrating a generally south-rich and north-poor forest AGB gradient.     

基于Radarsat-2双极化数据的南极半岛冰盖冻融探测研究

南极冰盖的融化对全球海平面上升和气候环境变化具有重要影响,合成孔径雷达(SAR)用于划分南极冰盖冰川带及冻融探测具有不可替代的作用。本文以南极半岛地区为例,基于C波段星载SAR影像进行南极冰盖冻融探测方法研究。通过对于南极冰盖干雪带、渗浸带和湿雪带的后向散射特征的分析,采用基于后向散射因子阈值的决策树分类划分冰盖冰川带。统计分析表明,冰川带后向散射因子分布并不集中,尤其是融化强烈时的湿雪带受融化程度影响很大,与干雪带相近而不能仅从后向散射因子数值区分。为将冰盖的冰川带分类,引入干雪带分布和海拔高度作为辅助信息,分别发展了两种决策树分类方法并比较分析,同时利用微波辐射计冰盖冻融探测结果和自动气象站数据做验证。结果表明利用双极化SAR数据的后向散射因子基于两种决策树分类都能够有效地划分冰川带并区分冻融状态,实现高分辨率的冰盖冻融探测。     

孤立冰块流拖曳系数的优化辨识

流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,相应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数。利用实验室波流水槽设备,对长方平底、长方粗糙底和圆饼型淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据。根据这些试验数据,利用动量法原理和数学优化方法构造了摩拖曳系数和形拖曳系数的辨识模型,将摩拖曳系数和形拖曳系数两项分开。在此基础上,分析了冰样粗糙度指标(支承长度率和冰厚均方根偏差)对这两个系数的影响;发现了摩拖曳系数同冰样水平尺寸和垂直尺寸之比的关系,该关系能将冰山和浮冰的摩拖曳系数归结到同一条曲线上。     

空间信息技术支持下的沿海风能资源评价

沿海地区是我国重要的风能资源区,由于近地面风场具有很强的时空变异性,给风能资源定量评价带来了很大困难.空间信息技术的发展为我们提供了新的视角和手段,近年来,利用星载合成孔径雷达(SAR)进行沿海风场信息遥感反演已从试验逐步走向成熟,它以布拉格原理为依据,建立合成孔径雷达后向散射系数与海面风场之间的关系,反演风速、风向等关键参数,并进而对研究区风能资源进行准确的定量评价.本文回顾了本领域国内外研究进展,重点阐述了风场要素反演的基本方法和校验手段,探讨了目前存在的一些问题和改进方法,并对本方法在我国的应用前景作了展望.     

电磁感应技术在波罗的海海冰厚度探测中的应用研究

海冰作为冰雪圈的重要组成部分,对气候变化十分敏感,海冰物理过程研究需要得到精确的海冰厚度。本文介绍一种能够高效探测海冰厚度的电磁感应方法及其在波罗的海(Baltic Sea)的成功应用。该技术方法针对海冰和海水的电特性,利用电磁感应原理精确探测仪器至冰水交界面的距离,以实现海冰厚度的测定。通过电磁感应(EM)仪直接观测的视电导率与同点位钻孔测量数据对比分析,获得视电导率与海冰厚度的转换关系式,并对通过该关系式计算出的海冰厚度进行验证,表明电磁感应技术能够获得可靠的海冰厚度数据,平均相对误差仅为12%。对波西尼亚海湾(Bothnian Bay)海冰厚度探测剖面的统计结果表明,2007年春季该区域平整冰厚度范围在0.4-0.6m之间。     

北极拉普捷夫海海冰多年变化研究

拉普捷夫海是北冰洋的边缘海和冰源地,对北冰洋的海冰变化有重要影响。通过分析AMSR-E海冰密集度数据以及NECP-DOE的风场、温度场数据,结果表明拉普捷夫海海冰在2002—2011年经历了如下过程：重冰年(2002—2004)—过渡性质年份(2005—2006) —轻冰年(2007、2009—2011),即冰情由重向轻转变。研究结果也表明拉普捷夫海的冰情轻重与融冰期长短有较好的相关性,融冰期持续时间越短,冰情越重。4个参数,包括海冰距平指数、最小海冰覆盖率、积温、风驱动指数描述了拉普捷夫海的海冰多年变化过程。海冰距平指数是时间（3—11月）平均下的海冰覆盖率距平值,定量给出了各年冰情的轻重;最小海冰覆盖率是夏季海冰的极限情况,变化范围在0.45%—48.73%,发生时间为8月底至10月上旬。积温是上一个冬季气温积累对当年冰情的影响,结果表明积温是影响当年冰情轻重的主要因素。2008年的上一个冬季经历了异常低温,造成当年的异常重冰年。风驱动指数给出了风场对海冰覆盖率变化的短期影响,与同时期其他年份相比,2006年4月、2007年9月均出现了异常强北风,一定程度上造成了2006年融冰开始时间延后、2007年夏季最小海冰覆盖率的明显偏大。     

利用HY-2微波辐射计数据反演北极区域海冰密集度方法研究

HY-2是中国自主研发的海洋卫星。 本文研究了利用HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演北极海冰密集度的方法。参考NASA TEAM方法,我们对典型海区光谱梯度率和极化梯度率进行了统计分析,确定了计算海冰密集度所需的亮温特征值;利用天气滤波器有效去除了开阔海域由于大气中水蒸气、云中液态水、降雨等现象引起的海冰密集度计算错误。本文计算了2012年全年的北极海冰密集度产品并对产品精度进行了初步验证,验证结果表明：三个海冰类型已知区域的海冰密集度结果与理想值比较接近,多年冰密集度的反演精度需要进一步提高;本文结果与美国冰雪数据中心和德国不来梅大学提供的两种业务化海冰密集度产品一致。本研究为利用HY-2卫星监测极区海冰密集度变化,发布实时产品奠定了基础。     

北冰洋78°N冰站近地层参数的观测研究

利用2003年8月22日-9月3日中国北极科学考察队在北冰洋78°N浮冰站获得的近地层观测资料,采用整体输送法对北冰洋浮冰近地层特征参数进行了分析研究。结果表明,在考察期间,雪面吸收的净辐射仅为3.6 W/m2,其中以感热和潜热向大气输送的能量分别占52%和31%,向海冰深层传导的热量很少;近中性层结条件下的平均拖曳系数Cdn为1.16×10-3,略小于75°N北冰洋浮冰上近中性层结的Cdn。与1999年75°N附近冰站观测结果的对比表明,当海冰密度及冰站所在浮冰的尺度不同时,海冰与大气相互作用的热力学和动力学过程的差异显著,在研究北冰洋地区海/冰/气相互作用对气候过程影响时,应考虑这一问题。