光学遥感卫星大气校正研究综述

由于高分辨率遥感应用需求增加的牵引,国内外发射了越来越多的光学遥感卫星载荷.然而,随着传感器分辨率的增加,大气对地表信息干扰的问题也越来越突出,光学遥感图像的大气校正问题,因载荷特点和应用需求的改变面临着一些新的挑战,有必要对其进行总结和分析.本文在介绍大气校正现状和原理的基础上,按照光学遥感卫星大气校正输入信息来源不同,把大气校正方法归纳为基于图像和图形处理方法、基于辐射传输计算、基于图像自身信息反演大气参数、基于大气同步校正仪的大气校正4类进行介绍.最后,结合我国高分辨率光学卫星的发展方向,对当前的大气校正应用方案和未来发展进行了讨论和展望.     

基于MODIS遥感数据的混合像元分解技术研究和应用

使用郑州市MODIS（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer）遥感数据,运用线性混合模型,对MODIS遥感数据进行混合像元分解技术研究。探讨了MODIS遥感数据的预处理、线性光谱分解模型、图像端元组分反射率的求取方法。把结果与分辨率较高的Landsat ETM＋图像分类结果进行对比,并根据得到的均方根误差（RMS;Root Mean Square）进行分析表明,利用这种像元分解方法得到的结果较为理想,MODIS数据可以有效地应用于遥感动态监测和土地覆盖分类研究。     

基于遥感影像的大气辐射校正和反射率反演方法

应用1995年7月在法国La Crau辐射校正场进行的遥感实验获得的SPOT HRV数据,在DOS方法的基础上,合理分析假设暗体反射率值,并结合Lowtran-7、6S、Modtran-3大气辐射传输模型进行大气模拟,研究并发展基于遥感影像信息的快速、经济、有效的大气辐射校正和反射率反演方法。通过La Crau场的反射率反演值与实时测量反射率值相比较,分析评价了该研究方法的有效性。     

太湖地区气溶胶光学厚度的分布及其在大气校正中的应用

采用太湖地区水面光谱数据以及MODIS遥感影像数据,利用辐射传输模式6S,选择自定义气溶胶类型,反演得到太湖地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)分布,将其与太阳光度计CE318实测气溶胶光学厚度分别应用于太湖区域的大气校正中,得到不同的水面反射率,并参考实测水面反射率进行对比分析。结果表明:反演的太湖地区气溶胶光学厚度分布较为合理,造成此分布的原因可能是太湖北岸工业较发达,污染较严重。太湖颗粒物的吸收特性和卫星接收到的表观反射率导致反演数据的差异,是反演气溶胶光学厚度分布不均匀的主要原因。使用MODIS数据反演得到的太湖地区AOD进行大气校正,更加精确。该研究方法和结果可为气溶胶光学厚度反演、精确卫星数据大气校正提供参考。     

对NOAA／AVHRR通道反照率和植被指数的大气影响订正试验

在利用大气窗区进行遥感时,大气成分对辐射的吸收和散射作用造成辐射消弱,从而影响气象卫星（AVHRR）两个通道（可见光和近红外）反演地表反照率值及其差和比的植被指数值。在选取实测卫星资料对其作预处理并考虑仪器定标衰减作用后,利用LOWTRAN－7大气辐射传输模式对卫星资料进行大气订正的探讨,指出气溶胶、水汽等大气参数是订正计算中的敏感因子。       

风云三号气象卫星的特点和作用

风云三号（FY-3）是中国第二代极轨气象卫星，在功能和技术上比第一代极轨气象卫星风云一号向前跨进了一大步。它将进行三维大气探测，大幅度提高全球资料获取能力，进一步提高云区、地表和海表的遥感能力。风云三号第一颗星的技术状态目前已大致确定，卫星正在研制中。文章介绍并分析了该卫星及其所载遥感仪器的性能、特点和水平，对于风云三号在我国天气预报、气候预测以及自然灾害和环境监测等方面将发挥的作用也进行了简要的论述。     

大气气溶胶光学厚度的卫星双通道遥感方法

提出了一种在晴空条件下,均匀下垫面上利用ＮＯＡＡ－１４极轨卫星甚高分辨率辐射计（ＡＶＨＲＲ）可见光和近红外两个通道观测的反射率资料,遥感整层大气气溶胶光学厚度的双通道方法,该方法把气溶胶散射的波长关系加以推广,把近红外通道的光学厚度均值引入了可见通道,使单个通道中地表反射率和大气因子参数化的误差得以抵消,从而极大地提高了反演精度（〉９０％）。     

应用卫星遥感技术监测大气痕量气体的研究进展

大气污染是全球环境变化的焦点,传统的地面定点监测大气污染技术已经越来越不能满足科学研究和国家决策的需求,大尺度卫星遥感大气污染技术作为一种新兴的研究手段,可以得到大尺度、长时间序列的污染物时空分布特征和变化趋势,进而研究大气化学变化对全球气候和生物地球化学循环的影响。对卫星遥感大气痕量气体科学领域的发展和国际上使用的各类大气痕量气体传感器以及所取得的科研成果进行了全面的综述,结合中国地区的自身特点,提出我国利用卫星遥感技术研究大气成分的思路和未来开展科研工作的方向。     

西北4省(区)干旱遥感监测方法——以Erads软件为例

介绍了将DVBS系统接收处理得到的NOAA/AVHRR卫星遥感资料,转入Erads软件,在Erads软件中对图像进行校正、拼接,通过建模运算实现干旱遥感监测的方法和监测流程。利用该方法对2006年7月下旬西北4(省)区的地面旱情进行监测,结果表明利用该工作流程,选择合适的干旱遥感模型可以得到监测区域的旱情,旱情监测结果与地面20 cm土壤相对湿度监测的旱情结果较一致。     

红外长窗区大气透过率的测量

本文简要地介绍了卫星气象中心红外长窗区大气透过率测量的实验装置、数据处理方法。处理了10.3—11.3μ,10.5—12.5μ,11.5—12.5μ3个气象卫星遥感仪器通道的大气透过率数握,并对处理结果进行了初步分析。对测量误差进行了初步估计,其透过率的均方根误差大约为1％。     

Fengyun-3D MERSI True Color Imagery Developed for Environmental Applications

Many techniques were developed for creating true color images from satellite solar reflective bands, and the so-derived images have been widely used for environmental monitoring. For the newly launched Fengyun-3 D(FY-3 D)satellite, the same capability is required for its Medium Resolution Spectrum Imager-II(MERSI-II). In processing the MERSI-II true color image, a more comprehensive processing technique is developed, including the atmospheric correction, nonlinear enhancement, and image splicing. The effect of atmospheric molecular scattering on the total reflectance is corrected by using a parameterized radiative transfer model. A nonlinear stretching of the solar band reflectance is applied for increasing the image contrast. The discontinuity in composing images from multiple orbits and different granules is eliminated through the distance weighted pixel blending(DWPB) method. Through these processing steps, the MERSI-II true color imagery can vividly detect many natural events such as sand and dust storms, snow, algal bloom, fire, and typhoon. Through a comprehensive analysis of the true color imagery, the specific natural disaster events and their magnitudes can be quantified much easily, compared to using the individual channel data.     

珠江三角洲地区FY-3卫星MERSI影像的大气校正方法研究

利用广东省86个气象站的观测数据为大气校正简化算法(Simplify Method for Atmospheric Correction,SMAC)提供校正参数,对中分辨率光谱成像仪(Medium Resolution Spectral Imager,MERSI)的250 m分辨率数据进行了大气校正处理研究。通过对各波段反射率直方图、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetable Index,NDVI)直方图及气象站反射率的分布特征进行分析,检验SMAC算法进行MERSI数据大气校正的效果。结果表明:大气校正后MERSI各波段反射率区间变宽,站点反射率更接近实际,校正后的NDVI直方图曲线较平滑,NDVI峰值向高值移动,临近日期的NDVI直方图曲线更相近,说明本文采用的大气校正处理方法可得到合理的结果。     

一种卫星云图局部标准差图像的快速算法

局部标准差图像(Local Standard Deviation image,LSD)在卫星图像的空间一致性检测中有着重要的作用,然而利用传统的滑动窗技术计算局部标准差图像时,由于大量的循环过程使运算速度较慢,特别是当卫星图像较大而滑动窗较小时,这种运算更为耗时.采用了矩阵运算的思路,提出了根据滑动窗大小将卫星图像数组按一定方向和偏移量进行整体平移,然后对经过平移后的图像数组进行数学运算来获取标准差图像的快速算法.通过计算2005年1月1日的NOAA-16/AVHRR通道4亮温局部标准差图像实例表明,采用快速算法的计算效率相对于传统滑动窗算法计算效率提高明显.     

微波高度计测高的大气订正新算式

为了获得较为精确的微波高度计测量，必须进行大气订正。本文选用雅浦、关岛、广州和上海四站的探空资料，精确地计算了分别由干空气和水汽造成的订正值。在此基础上我们使用回归方法建立了干空气和水汽订正的新算式。将我们的新算式与他人的算式比较分析表明，我们的水汽订正算式是普适的；干空气订正项需考虑地理气候因素；本工作的定量结果比已发表的其他工作结果具有更高的精度。     

Urban climate and clues of heat island events in the metropolitan area of Rio de Janeiro

This paper aims to map the thermal field in the metropolitan region of Rio de Janeiro (MARJ) considering the atmospheric characteristics and the land use that contribute to understanding the urban heat island. Three thermal maps are defined through the use of Landsat5-TM satellite images for three winter events chosen for the decades of 1980, 1990, and 2000, respectively. The results reveal a concentration of warmer cores in urban central areas as well as some local warmer areas in suburban region. Sites with lower temperatures correspond to vegetated areas which are away from the central part of the MARJ, including points of suburban areas. This work emphasizes the importance of the combined analysis of surface temperature with land use and atmospheric conditions, depicting a distinct pattern of heat islands for tropical climate.     

结合潮位信息的红树林遥感识别

红树林的滨海湿地生境使得它同陆生植被、水体-陆生植被混合像元难以区分,且红树林在遥感图像上的空间分布还随着潮位的变化而变化,因此基于通常采用的单一潮位遥感图像无法精确提取红树林空间信息.基于高潮位和低潮位TM遥感图像,尝试利用红树林的潮位周期性变化和滨海湿地特征来精确提取红树林空间分布信息.研究结果表明：基于缨帽变换和潮差信息提取的WI_L+WI_H、GVI_L和GVI_L-GVI_H（WI、GVI分别为Wetness Index、Greenness Vegetation Index,下标L和H分别表示低潮位和高潮位）等指数能使红树林与其他地物之间具有很好的可分性;进一步采用最大似然法对红树林进行分类识别,通过结合潮位信息能精确提取红树林,其中制图精度和用户精度分别为94.57%、98.8%.     

云迹风计算中的两个几何问题

文章分析了云迹风计算工作中所遇到的两个几何问题，即图像匹配问题和风矢量计算问题。图像匹配问题是指用于计算云迹风的两幅图像如果定位网格不一致，如何通过图像匹配来减少云迹风的计算误差。风矢量计算问题是指在已得到示踪云位置时，如何准确地求出风向风速。云迹风的计算在本质上是一个几何问题，几何处理周密是减少云迹风计算误差的一个重要途径。     

基于BP神经网络与遗传算法反演大气温湿廓线

为提高地基微波辐射计大气探测精度,融合BP神经网络与遗传算法,研究0~10 km大气温湿度廓线。首先,结合数据特征,基于数值模拟技术,建立一套TP/WVP-3000型号地基微波辐射计的一级数据质量控制和订正模型。然后,为减小训练样本代表性误差对模型反演精度的影响,利用遗传算法优化训练样本数据,建立一套精度更高的神经网络大气温湿度反演模型。最后,利用构建的反演模型,开展大气温湿度反演试验,结合探空资料和微波辐射计二级产品,评价反演模型精度。研究结果表明:(1)经过质量控制后的实测数据与模拟数据之间的相关性有显著提升;(2)经过质量控制与订正后建立的神经网络模型对比原微波辐射计二级产品的反演精度有一定提升,温度提升6.77%,湿度提升20.11%;(3)经过遗传算法优化后的训练样本所建立的神经网络反演模型对比原微波辐射计二级产品反演精度有进一步的提升,温度提升10.21%,湿度提升23.75%,反演结果与该地区同类型研究结果相比有着较大提升。      

Water vapor motion signal extraction from FY-2E longwave infrared window images for cloud-free regions: The temporal difference technique

The aim of this study is to calculate the low-level atmospheric motion vectors （AMVs） in clear areas with FY-2E IR2 window （11.59-12.79 μm） channel imagery,where the traditional cloud motion wind technique fails.A new tracer selection procedure,which we call the temporal difference technique,is demonstrated in this paper.This technique makes it possible to infer low-level wind by tracking features in the moisture pattern that appear as brightness temperature （TB） differences between consecutive sequences of 30-min-interval FY-2E IR2 images over cloud-free regions.The TB difference corresponding to a 10％ change in water vapor density is computed with the Moderate Resolution Atmospheric Transmission （MODTRAN4） radiative transfer model.The total contribution from each of the 10 layers is analyzed under four typical atmospheric conditions：tropical,midlatitude summer,U.S.standard,and midlatitude winter.The peak level of the water vapor weighting function for the four typical atmospheres is assigned as a specific height to the TB ＂wind＂.This technique is valid over cloudfree ocean areas.The proposed algorithm exhibits encouraging statistical results in terms of vector difference （VD）,speed bias （BIAS）,mean vector difference （MVD）,standard deviation （SD）,and root-mean-square error （RMSE）,when compared with the wind field of NCEP reanalysis data and rawinsonde observations.