基于FY-3D卫星的微波与光学陆表温度融合研究

目前还没有基于国产卫星的1 km分辨率的全天候陆表温度(LST)产品,FY-3D卫星提供了中分辨率成像仪(MERSI)Ⅱ型1 km分辨率晴空LST产品与微波成像仪(MWRI)25 km全天候LST产品,因此可结合两者优势开展全天候1 km分辨率LST的融合研究。基于地理加权回归(GWR)方法,选择海拔、FY-3D归一化植被指数和归一化建筑指数等建立GWR模型对FY-3D/MWRI 25 km LST降尺度到1 km,并与MERSI 1 km LST进行融合;同时针对MWRI轨道间隙,利用前后1天融合后的云覆盖像元1 km LST进行补值,可以得到接近全天候下的1 km LST。基于以上融合算法,选择了中国区域多个典型日期FY-3D/MERSI和MWRI LST官网产品进行了融合试验,并利用公开发布的全天候1 km LST产品(TPDC LST)对FY-3D1 km LST融合结果进行了评估。研究结果表明,基于GWR法的LST降尺度方法,可以有效避免传统微波LST降尺度方法中存在的“斑块”效应和局地温度偏低等问题;LST融合结果有值率从融合前的22.4%～36.9%可提高到融合后69.3...     

青藏高原东北部MODIS地表温度重建及其与气温对比分析

通过遥感获取地表温度(地温,LST)可以弥补气象站LST数据局地性的不足.但受某些因素影响,遥感LST影像存在噪音像元,影响了LST数据的应用.本文提出了一种基于高程-温度回归关系的空间重建算法,对2008年青藏高原MODIS LST影像异常低值像元进行了重建,得到空间完整的LST时间序列.分别将原始LST和重建LST...     

静止和极轨卫星陆表温度产品的改进方法

针对天气、气候和生态环境监测对较高空间分辨率静止气象卫星陆表温度及全天候极轨卫星陆表温度的需求,分别发展静止气象卫星陆表温度空间降尺度和极轨气象卫星陆表温度云下重构算法,并对其进行改进处理。其中,静止气象卫星陆表温度空间降尺度模型充分利用静止气象卫星高时频和多光谱观测的优势,基于同一卫星同一遥感器所观测的陆表温度和相关通道亮度温度的日变化特征建立非线性统计回归模型,同时考虑下垫面类型的影响,方法应用于我国静止气象卫星风云四号A星(Fengyun-4A,FY-4A)先进的静止轨道辐射成像仪(advanced geosynchronous radiation imager,AGRI)陆表温度的降尺度,结果表明,所发展的降尺度模型不仅可以将FY-4AAGRI的陆表温度由4 km降尺度到2 km,而且可以较好保持降尺度前陆表温度精度,降尺度前后陆表温度均方根误差最大为1.35 K。极轨气象卫星陆表温度云下重构则发展了DINEOF模型,并基于土地利用数据(Land-Use,LU)进行结果的二次订正,实现极轨气象卫星陆表温度的全天候获取,方法应用于极轨气象卫星FY-3D中等分辨率光谱成像仪(med...     

西藏林芝地区混合像元MODIS地表温度产品验证

西藏林芝地区地形复杂、土地覆盖类型多样,MODIS地表温度 (land surface temperature,LST) 产品验证面临处理混合像元的难题,为获得与像元尺度 (1 km) 相匹配的地表温度数据,该文提出采用多点同时观测结合面积加权的方法,将该方法应用于验证林芝地区2013年6月10日夜间晴空MODIS/LST产品。结果显示:单点观测对像元的代表性不足,容易低估产品精度 (10个样本均方根误差为2.2 K),面积加权法可获得综合性更好的地面LST信息,对MODIS/LST产品的精度给出更高的评价 (30个样本均方根误差为1.40 K)。对于地表类型混杂程度高且地势较为平坦的像元,面积加权法的优势更为明显,可将卫星LST产品与地面LST之间的差异由3 K降至1 K以内。     

沙尘发生期遥感反演地表温度与实测沙尘数据之间的比较分析

以2002年3月份沙尘天气为例,用卫星遥感反演地表温度(LST)时间变化趋势与同一地区野外观测站点接收的沙尘干物质含量/人体可吸人物质含量(TSP/PM10)数据的时间变化趋势进行对比分析,两者有较好的对应关系.卫星观测的时间分辨率高、范围广,所提供的地表相关信息可为沙尘源头的治理及减轻或减少沙尘天气发生提供基础数据,也为沙尘暴预测提供了重要的科学依据.     

LST在农业气候热量区划中的应用方法研究

根据广西的自然地理特点和现有卫星遥感资料，对国内外10多种反演LST(1and surfacete mperature，陆面温度)的分裂窗算法及其相关的参数估算方法进行了适用性分析。在此基础上找出了适用于计算广西白天LST的算法，并应用该算法计算了晴空条件下的LST，获得了逐日各个时次的LST实况分布。通过模板分析，找到了求算多年LST气候平均图的途径。针对云剔除问题，通过对公共晴空区的统计分析，建立了不同图像间的数值补偿关系，从而有效地消除了云的影响，最终处理生成了广西多年和不同季节的平均LST空间分布图像。分析结果表明：在10km以上的宏观尺度上，广西平均LST的空间分布与平均气温的空间分布规律基本一致，而在1km尺度上，LST的空间特征更为精细、客观，更有利于反映与作物生长关系更为密切的下垫面热量资源的气候分布，是农业气候区划中更为有效的热量区划因子。     

青藏高原东侧MODIS地表温度产品验证

利用青藏高原东侧理塘大气边界层观测站的热红外测温仪和长波辐射表的实测数据,分析了实测地表温度Ts的精度及其影响因子,对MODIS地表温度(LST)产品进行了评估。结果表明,与用红外测温仪测量的地表辐射温度Tr相比,考虑了地表辐射率和大气下行辐射后的地表温度Ts_R偏低,差值随着地表发射率递减,随着长波净辐射递增,白天偏低可达1.9 K,夜间偏低可达1.1 K。当地表温度285 K时,Ts_R与用长波辐射估算的地表温度Ts_L之间的差值集中在2.5 K以内;而当地表温度285 K时,偏差可达10 K。地表发射率的误差≤0.01时,地表温度计算误差≤0.5 K。Tr、Ts_R和Ts_L与LST之间都存在显著正相关,其中Ts_L与LST的相关系数最大。夜间的相关系数大于白天;Terra卫星的相关系数(尤其是白天)大于Aqua卫星。基于LST的Ts_L回归模型估算标准误差为4.4904 K,达到99%的置信水平。     

基于Fragstats4的景观格局指数与地表温度的相关性——以石家庄市为例

以石家庄市城市景观为研究对象,选取1987年、2004年和2019年Landsat遥感影像数据,采用监督分类方法将研究区分为绿地、水体、不透水地表和未利用地四类景观,采用单窗算法和劈窗算法反演地表温度(LST)。从景观生态学角度出发,利用Fragstats4.2计算4种类型的景观格局指数,并对景观粒度和移动窗口的尺度选择进行探讨分析;利用ArcGIS空间分析方法和统计分析方法,分析4种类型的景观格局指数与LST的相关性。结果表明:1987—2019年绿地斑块类型面积(CA)、最大斑块面积指数(LPI)和聚集度指数(AI)逐渐下降,不透水地表CA、LPI和AI逐渐增加,随着城市化进程的加快,绿地面积逐渐减少和裂化,绿地景观优势在不断下降,不透水地表面积在逐渐增加和聚合,不透水地表景观优势在不断加强,逐渐形成优势景观。斑块百分比指数(PLAND)、LPI和AI与LST表现出一致的极显著相关关系,绿地和水体为负相关,不透水地表和未利用地为正相关;斑块破碎化指数(SPLIT)则相反,绿地和水体为正相关,不透水地表和未利用地为负相关。LST与PLAND和LPI的相关系数明显高于LST与AI和SPLIT的相关系数,说明一个优势景观对地表温度的影响效果明显大于几个比较分散或破碎的景观。     

利用遥感估算区域气温评价站点代表性——以藏东南林芝站点为例

遥感地表温度(Land Surface Temperature,LST)产品时序数据可用于分析基准气候站点的环境代表性,但LST空间变异性明显高于气温,容易低估站点代表性,因此提出首先建立面上气温的遥感估算模型,再用模型估算气温(和LST产品具有相同时空分辨率)评估站点代表性的方案。以藏东南林芝国家基准气候站点为例,首先提取气象站点2000-2011年8 d平均日最高气温(T-air)和MODIS地表温度产品(MOD11A2,8 d合成,1 km空间分辨率),分析LST与T-air之间的相关性以及其他因素对相关性的影响;而后利用Cubist回归树算法,建立了基于LST、日序、晴空日数的T-air估算模型(RMSE=1.4718℃,r~2=0.95);最终将模型用于林芝站周围附近区域计算T-air,并对林芝站点代表性加以评估,结果表明,新方案得到的结果更加可信,林芝站点代表范围为15 km×15 km,而基于LST计算得到的林芝站代表范围仅为3 km×3 km。     

长三角地区城市用地扩展及城乡热环境的特征分析

利用1993年和2004年长三角地区的卫星遥感资料,分析了该地区的3个主要区域南京、上海、苏锡常及其周边的土地利用类型变化,定量地评价城市用地扩展程度.结合2004年地表温度(LST)卫星资料,揭示了城乡LST空间分布特征及其差异.结果表明:上海、苏锡常和南京11a期间城市建设用地动态度K分别为204.0%、354.3%和99.2%,苏锡常城市扩展程度最快;不同土地覆盖类型的LST不同,城市用地LST最高,其次作物地,林地最低;城乡之间平均地表温差具有季节变化,冬季最大,而秋季最小.     

基于哨兵2A数据的北京松柏分布及花粉致敏风险评估初步研究

开展北京松柏植被的高分辨率空间信息提取及其花粉致敏风险评估对花粉浓度监测及预报具有重要意义。本文利用2019—2020年冬季304景高分辨率哨兵2A号（Sentinel 2A）卫星影像，引入新型增强型归一化植被指数（Enhanced normalized Vegetation Index,EVI）和地表水分指数（Land Surface Water Index,LSWI），开展了10 m空间分辨率的北京松柏植被分布制图研究；同时依据风险评估原理，结合2020年北京松柏花粉浓度观测数据，建立了基于松柏植被分布的花粉致敏风险空间评估方法，并初步开展了影响松柏花粉浓度范围与花粉致敏风险空间评估研究。结果表明：①基于冬季合成晴空Sentinel 2A卫星影像，利用EVI和LSWI可有效提取北京10 m空间分辨率的松柏植被分布，用户精度可达80%以上；②松柏花粉观测站14 km范围内松柏植被对该站花粉浓度具有正贡献，其中6 km范围内的松柏植被贡献最大；③松柏花粉致敏相对高风险区主要分布在西北部山区、昌平北部以及门头沟东部、石景山西北和海淀西南等地区。     

安徽省植被和地表温度季节变化及空间分布特征

卫星遥感广泛应用于宏观、大范围、动态连续的植被和地表温度监测研究。利用2001—2008年MODIS卫星遥感资料, 分析了安徽省归一化植被指数 (NDVI) 和地表温度 (LST) 的季节、月变化和空间分布特征,探讨了代表城市区域的NDVI和LST时空分布及其相关性。结果表明:安徽省NDVI和LST季节变化显著,具有典型地域特征;受当地气候影响,植被、农作物类型地域差异较大,导致LST季节变化以及空间分布不同;城市中心向郊区过渡时,植被覆盖度在不断增加,伴随着NDVI的增加,LST下降;城市LST明显高于郊区值,呈现热岛效应。研究表明,当地气候和植被分布共同决定了LST的分布状况,这将为安徽省合理进行农业区划、科学监测生态环境以及有效评估土地利用与热岛效应提供重要参考依据。     

基于NDVI-Ts特征空间的黑龙江省干旱监测

NDVI-Ts特征空间方法结合了卫星遥感地表反射率和热红外特性,能较好地反映一定时空尺度的地表干旱状况,该文基于Terra-MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)产品,构建NDVI-Ts三角形特征空间,采用植被温度状态指数结合MODIS地表分类产品IGBP对黑龙江省2007年夏季干旱进行监测和分析。结果显示:此次夏季干旱的空间分布广,持续时间长,干旱程度重,西部松嫩平原和东部三江平原等地主要农作物产区普遍发生干旱,且旱情严重。结合同期地面气象观测的月降水量数据对监测结果进行验证和评估表明:植被温度状态指数是一项近实时的干旱监测指标,不仅与当地最近的降水事件有关,而且与前期一段时间内的总体降水事件相关,可以较真实地反映当地干旱发生、发展的动态过程。     

我国利用MODIS数据反演陆面温度的研究进展

陆面温度(LST)是区域和全球尺度地表物理过程中的一个和能量交换的重要参数.因精确反演LST具有一定的难度,因此反演LST成为当今研究的热点之一.现较详尽地介绍目前常用的利用MODIS数据反演LST的算法推广的分裂窗算法,白天/夜间LST算法、单窗算法,并阐述了各种算法的研究概况,并针对其研究进展情况进行讨论分析,提出相应观点.     

基于谱逼近和地面资料同化的降尺度模拟研究

谱逼近方法和变分资料同化方法都是提高动力降尺度模拟效果的有效手段,其中谱逼近方法通过引入分析或再分析资料来订正长时间连续积分造成的大尺度偏差问题,其模拟输出有望为变分同化提供质量较好的背景场。为此,本文通过WRF模式对2015年夏季秦巴山区实施水平分辨率为5 km的短期气候动力降尺度模拟,探讨在谱逼近方法的基础上利用三维变分(3DVar)同化方法同化地面观测资料的降尺度模拟效果,以期为获取复杂地形下高精度的高分辨率降尺度数据集提供一种有效途径。结果表明,在动力降尺度过程中使用谱逼近方法能够改善2 m温度、10 m风速和降水的模拟结果。只同化地面观测资料对模拟的2 m温度和10 m风速有明显改善,但对降水模拟有负作用。谱逼近方法和地面资料同化方法的结合使用能够得到2 m温度、10 m风速的最佳模拟效果,对降水的模拟结果也优于只同化地面观测资料的试验效果。使用谱逼近方法能够有效地对风场和水汽场做出合理调整,这是其降水模拟精度提高的原因之一。     

基于WRF张弛方法的辽宁地区动力降尺度研究

动力降尺度被广泛的应用于区域气候降尺度工作中,用来制作高时空分辨率的区域气候场。本文采用WRF模式的张弛方法对美国第三代再分析资料(CFSR)进行了动力降尺度,使用观测张弛法同化自动气象站观测资料的同时,采用分析张弛法同化了大尺度再分析资料。选取辽宁省7月和10月作为夏季和秋季代表月份,分析不同降尺度方案对地面要素的模拟能力,发现使用张弛方法在区域气候降尺度过程中,可以明显提高地面2 m温度、10 m风速和2 m相对湿度的模拟能力,其中使用张弛算法同化大尺度的再分析资料和观测资料的准确度最高,相较于控制试验,7月和10月温度、风速和相对湿度的平均均方根误差分别减少了25%、39%和30%。     

我国利用MODIS数据反演陆面温度的研究进展

陆面温度（LST）是区域和全球尺度地表物理过程中的一个关键因子，亦是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数。因精确反演LST具有一定的难度，因此反演LST成为当今研究的热点之一。现较详尽地介绍目前常用的利用MODIS数据反演LST的算法：推广的分裂窗算法，白天／夜间LST算法、单窗算法，并阐述了各种算法的研究概况，并针对其研究进展情况进行讨论分析，提出相应观点。     

基于卫星遥感的长江三角洲地表热环境人口暴露空间特征

研究城市地表热环境变化的时空演变规律对防灾减灾具有重要意义。本研究以卫星遥感的夜间灯光,植被指数,高程和坡度为自变量构建了适用于人口空间分布估算的随机森林模型,结合卫星遥感反演的地表温度数据,以2016年夏季为例,研究了1km分辨率的长江三角洲地区夏季地表热环境人口暴露分布特征。研究表明:(1)利用随机模型对长江三角洲2016年人口进行1000m格网空间化分布模拟,变量解释度达到80%,人口空间化结果接近实际。(2)人口密度高值区和夏季大部分月份内的地表热环境高温区和人口暴露高和极高风险区总体有较好的对应。6月皖北地区高温区面积增大导致地表热环境的人口暴露风险较高等级的面积比例高于其他月份。(3)在月和季节平均尺度上,地表高温热环境暴露极高和高风险区域面积极少,处于沿海地区、长江下游沿线以及各县区的中心城市;中等暴露风险区域主要分布在东部及中心城市周边地区;低暴露风险区分布在东北部内陆地区和东北部人口数量相对较少地区。     

那曲地区两种空间尺度感热通量的对比分析

利用中国科学院那曲高寒气候环境研究观测站那曲/BJ观测点2010年涡动相关仪(EC)和大孔径闪烁仪(LAS)数据,MODIS的地表温度(LST)和归一化植被指数(NDVI)产品,结合印痕方法分析了由EC和LAS数据计算得到的感热通量的差异及造成这种差异的可能原因,研究了两种空间尺度下地表温度和土壤含水量对感热通量的影响。结果表明:干季和雨季时,EC与LAS的感热通量(H_EC和H_LAS)总体而言具有较好的一致性,其差异的主要原因是风向造成印痕差异;7月的感热通量与净辐射、风向的时间序列分析表明,云遮蔽导致的净辐射空间分布不均匀是造成H_EC和H_LAS差异的另一个重要原因;EC和LAS的印痕加权LST平均值与两者感热通量的统计分析表明,印痕内加权LST越高,感热通量越大;对雨季时的EC和LAS印痕内加权NDVI平均值表明,印痕加权NDVI越大,感热通量与净辐射之比越小;EC和LAS两种通量结果分析表明,空间尺度对藏北地区半小时尺度和月尺度感热通量结果都有较大影响。     

利用ASTER数据估算2002年4月阿克苏地表特征和植被参数

利用ASTER卫星可见光和短波红外波段数据,估算了2002年4月12日阿克苏地区地表特征参数(地表温度T、地表反射率α)和植被参数(归一化植被指数NDVI、修正的土壤调整植被指数MSA-VI、植被覆盖度Pv和叶面积指数LAI等)。结果表明,各种植被参数在沙漠地区较小,而在绿洲中的值较大。同时本文认为ASTER遥感数据有较高的地面分辨率,利用它可以更好地反映地表的植被参数及地表特征参数状况;还指出了ASTER卫星数据在沙漠绿洲中的适用性。