ASD地物光谱仪测量技术及使用方法

野外地物光谱测量在航空航天传感器定标、遥感数据解译、遥感应用潜力研究等方面具有重要意义。但在野外光谱测量过程中,地物的辐射能到达传感器是一个复杂的过程,易受观测时间、光照条件、气象条件、仪器定标以及视场角等多种因素的影响。文章以美国ASD Field Spec Handheld手持便携式地物光谱仪为例,介绍了地物光谱观测中的规范、要求以及数据预处理方法。     

青藏高原不同地表反射率对比试验

通过对2009年7月在高原主体上利用ASD公司的野外光谱仪FieldSpec3采集到的不同地表光谱曲线的分析,结果表明:不同的下垫面具有非常典型的地物反射光谱曲线,沙化地的反射曲线相对平滑,在350~1800nm区间除去在700nm和1400nm有两个吸收谷以外,其他地方都呈反射状态,沙化地根据地表状况不同表现出不同幅值的反射率;油菜地的反射特征为从350nm开始吸收,在550nm出现一个反射峰后开始反射,到700nm附近出现一个吸收谷,反射率开始急剧上升,到740nm上升到最大,反射率维持在一个高位值上变化,一直到930nm附近出现一个反射谷,在1130nm附近,反射率开始呈下降的趋势;草地的反射曲线兼具绿色植物和沙化地的特征。      

阜康试验区主要地物光谱特征及其分析

对阜康地区主要地物即土壤、植被、水体三大类共534个样本测量的光谱数据进行了分析，结果表明：植被、土壤、水体的反射光谱各有特点，容易区别，农田光谱特征具有复合光谱的特征，形成了一种新型的地物（植—土地物），此类地物的波谱曲线介于植物与土壤波谱曲线之间，随植被覆盖度而变化。     

X波段双线偏振雷达回波强度衰减和地物回波识别订正

与常规雷达相比,双线偏振天气雷达在降水系统的准确探测、资料质量的提高等方面具有明显的优势,但X波段双线偏振雷达资料受衰减和地物的影响较大,需要进行必要的衰减和地物订正。本文以2010年7月中国气象局在广东阳江开展的遥感数据比对试验得到数据为例,用ZH和ZDR结合的方法对ZH进行衰减订正,用ZH和ZDR的方差识别地物回波,并利用反射率因子垂直廓线订正受地物影响的底层回波。将订正后的ZH与S波段雷达探测的ZH相比较,将订正后的ZH与KDP的散点图和拟合的KDP与ZH曲线关系对比验证。结果表明经过订正的ZH与S波段雷达探测的ZH一致性较好,与拟合曲线也更为吻合,说明方法能有效提高雷达资料的质量。     

雷达反射率数据质量控制方法初探

地物、超折射等非降水回波是影响雷达定量探测降水和其他产品的重要因素,利用降水和非降水回波反射率三维结构的特征可以对雷达数据进行质量控制。通过对合肥、广州、濮阳、烟台等多部雷达的体扫资料的统计,结果表明：降水和非降水的水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）在反射率的低值和高值区体现出不同的分布特征,因此为这两个判据在反射率低值和高值区设定不同的判别指标。实验表明,此方法可以改善降水和非降水回波的识别效果。     

X波段双线偏振雷达数据质量分析及控制方法

利用双偏振参量在弱降水过程中性质均一、随时空变化缓慢的特征,选取北京、佛山地区弱降水过程的观测资料,通过将较长时间观测结果沿径向或方位累积的方法,分析双偏振参量测量精确度受地物、避雷针、旋转及俯仰关节的影响,并提出相应的质控方法,得出以下结论:(1)差分反射率(ZDR)、相关系数(ρhv)及差分传播相位(ΦDP)比水平反射率(Z)对地物更敏感,其中在地物处ρhv小于0.85,ZDR低于-1 dB。根据降雨与地物之间偏振参量特征的不同,将ρhv长时间累积能有效的识别地物回波。(2)每根避雷针对双偏振参量影响的方位和幅值是近似一致的。在以避雷针为中心的±15°的方位范围内,ZDR增大0.4~1.5 dB,ρhv降低0.01以下、Z降低1~2 dBZ,且均在避雷针中心处影响达到极值。通过基于上述方位的统计订正可以较好的去除避雷针对双偏振参量的影响。(3)雷达旋转关节的异常会导致ZDR在水平方向上不平稳变化,而俯仰关节异常会使ZDR在高、低仰角差距较大,通过ZDR沿方位一段时间的累积得到各层仰角ZDR变化曲线,用此曲线来实现ZDR的误差标定。通过检验,本文提出的质量控制方法有效的提升了X波段双偏振雷达的数据质量,为其在业务中的进一步推广提供了支持。     

Landsat卫星遥感影像的大气校正方法研究

介绍了一种对Landsat卫星遥感影像逐像元进行大气校正模型,该模型基于MODTRAN大气辐射传输模型计算建立的查找表（look up table,LUT）,并结合暗元目标法（dark object method,DOM）,利用遥感影像自身的信息对遥感影像进行大气校正。以Landsat ETM＋遥感影像为例,介绍了算法流程,同时给出了大气校正前后的对比结果。结果表明,利用该模型进行的影像逐像元的大气校正,能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解译。     

地物微波反射率特性的研究

本工作对于地物微波反射率特性进行了原理和实验的研究。为此研制了微波反射率仪,讨论了近场反射过程中的微波辐射传输,对于X波段的地物微波反射率特性进行了测量,包括水、砂土、水面油污等,测量结果和理论预期是符合的。本文讨论了反射率特性及其在微波遥感中的应用。     

MODIS影像水体监测方法研究进展

水体与植被、城市、土壤等地物在不同波段的光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体信息的基本原理.在水体光谱特征分析的基础上,介绍了MODIS数据特征以及各种水体信息的提取方法,比较了这些方法的优点和不足,并详细描述了各种水体指数的应用效果.水体指数法是目前最受关注的水体识别方法.综合利用各种水体指数和波段特征来提取水体信息,可有效排除其他地物的干扰,显著提高了水体监测的精度,从而为大范围的水资源与水环境动态监测迅速提供可靠的数据.     

基于模糊逻辑的地物回波识别方法及效果检验

提出一种基于模糊逻辑的新一代天气雷达地物回波识别方法。通过统计典型个例的回波特性得到隶属度函数及权重,并根据反射率因子范围的不同设置相应的隶属度函数及权重。该方法针对降水强度量级的回波,即反射率因子不小于15 dBz,对于非降水强度回波则不进行处理,从而保留对短临预报具有指示作用、且强度较弱的特征回波,如晴空湍流回波以及阵风锋回波。根据雷达回波垂直方向连续性对剔除地物回波所产生的“空洞”进行填补,从而进一步减小地物回波对雷达数据质量造成的影响。最后通过两种方法对识别算法进行效果检验,结果表明该算法对地物回波有显著的识别效果。      

双线偏振雷达探测的云和地物回波的特性及其识别方法

双线偏振雷达在定量测量降雨量的过程中，经常受到地物回波的干扰和影响。研究云和地物回波的反射率因子ＺＨ、差反射率因子ＺＤＲ的取值大小及两者的关系、空间变化梯度的结果表明：云的ＺＤＲ大于零，且有明显的随ＺＤＲ大于零、且有明显的随ＺＨ增加而增大的趋势，这反映了在强降雨回波中大粒子占的比例较大；而地物回波的ＺＨ和ＺＤＲ无明显变化规律，ＺＤＲ可正可负；云回波的空间变化率也明显小于地物回波。     

策勒考察场与敦煌辐射校正场中心区反射率特性的对比分析

利用2007年8月在策勒用ASDFR光谱辐射计探测的数据,以及国家卫星中心在敦煌辐射校正场的观测资料,运用参考板野外反射率因子修正法计算了地表反射率,并对比分析了策勒考察场和敦煌辐射校正场地理条件及地表反射率的特点。结果表明：在地理条件上,策勒考察场交通便利,晴空日数多,恢复能力好,不受人为因素影响,若作为辐射校正场具有持久性;策勒辐射考察场中心区平均反射率在28．9％左右,基本位于卫星遥感传感器的中心段,可以满足大多数卫星遥感传感器的辐射校正;地表反射率最大在2100nm附近,约为0.38,平均偏差约1.3％。比较得出,策勒考察场地表均匀性较好,其反射率较敦煌的略高,而偏差略低。所以,策勒考察场的地理条件和地表反射比符合作为辐射校正场的条件,且与敦煌校正场相比具有一定的优势。     

利用HJ-1卫星数据监测山区水库资源

遥感技术能够快速、宏观地获得研究区域的数据,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段。但是对于山区的湖泊和河流而言,由于沟壑众多,河道狭窄,水体像元多为混合像元,利用现有方法提取水体遥感影像难度较大。水体与植被、城市和土壤等地物在不同波段的光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体信息的基本原理。本文在水体光谱特征分析的基础上,描述了HJ-1卫星数据特征及所采用的山区水体信息的遥感提取方法,并以南湾水库为例,描述了利用植被指数(NDVI)方法识别水体信息的技巧:首先将HJ-1数据的第3和第4波段经过波段运算得到NDVI图像;再将两种遥感图像中NDVI值小于0的像元判识为水体,NDVI值大于0的判识为水库周围的农田,经过计算像元数量得到水体面积信息;最后在各种专业软件的支持下,结合非监督分类的水体识别效果,将水体与其他地物类型区分开来。结果表明,利用HJ-1卫星数据可有效排除其他地物的干扰,显著提高水体监测的精度。     

卫星反演积雪信息的研究进展

综合分析了积雪信息反演的主要遥感信息源和提取方法。在光学遥感方面，应用较广的主要是改进型甚高分辨率扫描辐射仪（AVHRR）资料和中分辨率成像光谱仪（MODIS）资料；提取积雪信息大多是根据积雪在可见光波段的高反射率和近红外波段的低反射率，并通过建立回归模型反演积雪面积和深度。由于传感器的改进，MODIS卫星资料在空间分辨率、积雪反演算法等方面明显优于AVHRR资料。光学仪器受云层和大气的影响很大，由于云和积雪在可见光和近红外波段上都具有高反射率。并且由于云层的遮挡。云下的地表信息不能被光学遥感仪器所接收到。微波遥感方面，被动微波遥感仪如微波辐射计成像仪（SSM／I）、高级微波扫描辐射计（AMSR—E）等可以全天候穿过云层进行监测，具有光学仪器所没有的优势，并通过提取地表的亮温差，建立雪深反演模型得到积雪深度。被动微波传感器存在分辨率低。无法监测浅雪区信息等问题。另外影响地表微波亮温的因素很多，这些都在一定程度上影响了反演结果的精确度。主动微波遥感仪如合成孔径雷达、微波散射计等利用积雪与其它地物的后向散射系数的不同来识别积雪，但也同样存在分辨率低等问题。最后探讨了卫星反演积雪信息中仍然存在的问题和进一步发展的方向。     

基于FLAASH模型的FY-3A/MERSI数据大气校正研究

在星载传感器成像获取地表信息过程中,常常会受大气影响而引起影像失真,导致地表真实信息不能被准确表达,对遥感影像进行大气校正可消弱这种影响.本文以粮食主产区 河南省为研究区域,采用FLAASH模型对晴空天气下FY-3A/MERSI数据(分辨率为1 km)进行大气校正.结果表明,大气校正后:(1)短波红外反射率总体变化不大(+4.1％),第6波段反射率以减小为主(-1.5％),第7波段反射率为增加(+9.6％);(2)在可见光各波段,反射率普遍降低,各波段变化均值为-82.7％.其中,红光反射率变化最小(第13、14波段分别变化了-23％和-19％,平均为-21％),绿光反射率变化稍大(第11、12波段分别变化了-75％和-50％,平均为-63％),蓝光反射率变化最大(第8～10波段分别变化了-196％、-122％和-94％,平均为-137％).而且大气校正后,可见光波段的反射率变幅普遍增大,不同地物在可见光波段的对比度也增加.(3)近红外各波段反射率平均增加了46.2％.除第19波段反射率减小(-54％)外,其余各波段反射率均有不同程度的增加.第15～18和第20波段反射率分别增加了28％、4％、41％、252％和6％. (4) NDVI指数平均增大了35％,植被信息凸显;NDWI指数变化不大,仅减小了8.7％.     

35GHz云雷达反射率因子数据的质量控制

大气非云粒子(气溶胶、昆虫、悬浮物)以及雷达元器件固有噪声,是影响云雷达定量探测大气云层宏观以及微观产品的重要因素。为了剔除云雷达基数据中的散点噪声对数据质量的影响,本文利用新一代多普勒偏振8.6 mm云雷达资料,基于模糊逻辑识别地物的方法分析雷达散点噪声、气溶胶以及大气云粒子的反射率因子回波的统计特征,通过统计的特征值对反射率因子进行分类,保留正常回波数据。结果表明:该方法能较好区分云粒子回波和非云粒子回波,提高云雷达反射率因子的数据质量。     

新书架

全球环境变化与城市化、制度因素、全球土地计划;卫星校正场地面和典型地物波谱数据集;中国气候变化科学概论;气候变化40问;呵护气候从点滴做起。     

基于偏度方法的地物杂波识别及去除

基于2013年常州站多普勒天气雷达基数据,利用偏度方法逐网格识别和去除地物杂波。结果表明:地物杂波具有高的反射率分布,为负偏度;非地物杂波则呈现较低的反射率分布,为正偏度。采用偏度方法设计的雷达地物杂波去除方法可有效去除地物杂波,滤波后的新雷达基数据可在业务上应用于雷达定量估测降水和预报,进一步提高雷达降水估测和预报能力。     

MODIS巢湖水体叶绿素a浓度反演模型

对大面积水体进行水质遥感监测是比较典型的水体环境监测手段。该文利用地物光谱仪测定了巢湖水面的光谱反射率, 收集了相应时间的MODIS数据, 经过预处理之后, 首先分析了巢湖水面光谱特征, 并对实测水体反射率与实测叶绿素a之间的关系进行统计拟合计算。在经过MODIS大气校正后, 得到1~7通道的地表反射率。利用大气校正后的EOS/MODIS数据, 选择最佳通道组合, 定义了叶绿素a指数I_Chla, 建立了MODIS巢湖叶绿素a浓度的反演模型, 检验得到相关系数为0.5079。     

X波段固态双极化天气雷达的数据处理及图像拼接

介绍了南京组网雷达试验中的X波段固态双极化雷达所采用的技术,分析了雷达产生探测盲区的原因,并对此体制雷达发射宽脉冲和窄脉冲时观测的包含相同气象目标的RHI数据进行分析。首先利用雷达反射率因子结构与纹理结构对观测数据进行质量控制,然后统计宽、窄脉冲观测的相同气象目标的反射率因子差的均值、标准差和相关系数,通过去除地物杂波、奇异点等因素影响,雷达反射率因子差的均值平均由3.0减小到1.5,雷达反射率因子差的标准差平均由6.6降低到4.3,雷达反射率因子相关系数由0.36提高到0.92,验证了宽、窄脉冲观测数据适合拼接,最后采用3次样条差值方法、中值滤波处理数据,得到较好的拼接效果。