高分五号大气痕量气体差分吸收光谱仪对流层NO2柱浓度遥感反演研究

搭载于“高分五号”（GF-5）卫星上的痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）是一台星下观测的高光谱载荷,测量紫外和可见光光谱范围的地球后向散射辐射,设计用于大气痕量气体的探测。本研究基于EMI在VIS1通道的实测光谱,利用差分光学吸收光谱（DOAS）方法进行了对流层NO₂柱浓度反演,展示了基于EMI载荷的对流层NO₂柱浓度反演结果,与同类载荷产品进行交叉验证,并利用地基观测结果进行了地基验证。研究表明,EMI反演结果与OMI、TROPOMI具有较好的空间分布一致性和较低的相对偏差,与TROPOMI具有较好的时间变化一致性。地面验证结果表明EMI NO₂反演结果具有较高的精度。本研究证明了EMI在全球NO₂监测方面的能力,可以为中国后续污染气体探测载荷的设计和反演算法的开发提供参考。     

高分五号大气痕量气体差分吸收光谱仪观测数据的火山喷发SO2总量反演

火山喷发产生的高浓度SO₂气体及其远距离输送会对全球气候变化和航空飞行安全产生重要影响。卫星遥感技术以大面积连续观测、高时空分辨率等优势成为大气SO₂监测的重要手段之一。作为中国第一颗紫外可见光波段的高光谱载荷,高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪（GF-5 EMI）通过探测地球大气或表面反射、散射的紫外辐射来解析SO₂总量的分布和变化。本文首先基于大气辐射传输模型SCIATRAN,选择中低纬地区地表类型均一的海洋区域像元,模拟了典型大气条件下的晴空天顶反照率,用以评价EMI载荷天顶观测光谱的精度。其次,基于TROPOMI L1 Radiance辐亮度数据和DOAS反演原理,经477 nm O₄云筛选、光谱定标、慢变剔除、斜柱转垂直柱等步骤后,获得同一火山喷发区域的SO₂总量反演结果并与TROPOMI官方offline L2 SO₂产品进行对比分析。最后,利用GF-5 EMI UV-2通道观测数据,采用DOAS算法反演获得GF-5 EMI大气SO₂总量,并将反演结果与国际同类载荷S5P/TROPOMI SO₂总量结果进行比较分析,评判GF-5 EMI在全球火山活动SO₂变化监测方面的能力。结果显示,300—400 nm波段范围内,海洋区域采样点EMI观测光谱值低于SCIATRAN模拟光谱值,EMI与TROPOMI观测光谱呈现出相似的系统性偏差。基于高空间高光谱分辨率的TROPOMI L1 Radiance辐亮度数据、315—327 nm、325—335 nm和360—390 nm共3个波段窗口、以及上述DOAS反演原理获得的SO₂结果与TROPOMI官方发布的offline L2 SO₂产品结果相关性较高,两者的相关系数可达到0.97—0.99,相对偏差在3%—9%。GF-5 EMI能够获取火山喷发SO₂排放的时空分布特征,并与国际同类载荷TROPOMI反演结果具有较高的空间一致性,能够满足全球火山喷发监测、预警及其气候影响研究的应用需求。     

高分五号痕量气体差分吸收光谱仪的地表UV-B辐照度初步反演

地表UV-B辐照度会对地球生态系统产生非常重要的影响。利用卫星遥感探测，可实现全球地表UV-B辐照度的长期探测，对于生态系统评估和大气科学研究等具有重要意义。目前基于国产卫星的地表UV-B辐照度产品较少，因此本文开展了高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)的地表UV-B辐照度的初步反演。首先基于地表UV-B辐照度的敏感性分析结果，建立无气溶胶情况下晴空地表UV-B辐照度查找表。随后提出了云、气溶胶场景下的校正方法，实现了全球地表UV-B辐照度的反演。最后，为验证该算法的准确性，将EMI结果分别与欧洲OMI卫星数据、WOUDC地面站点数据进行了对比，其中与OMI数据的相关系数大于0.9，与WOUDC地面站点数据的相关系数达到0.91。研究结果表明EMI载荷的地表UV-B辐照度产品准确性高，为后续地表UV-B辐照度等相关产品的发布提供研究基础，也证明了该载荷在全球地表紫外辐射时空分布监测应用中的能力。     

O2-O2云反演算法及其在TROPOMI上的应用

利用遥感技术对大气环境污染进行监测时，云是影响痕量气体反演精度的重要因素，因此在痕量气体反演中需要对云的影响进行校正，通常使用的云参数主要是有效云量和云压。本文基于O₂-O₂ 477 nm吸收波段构建了O₂-O₂云反演算法：首先，根据有效云量和云高与连续反射率和O₂-O₂斜柱浓度之间的对应关系，结合假定的云模型利用VLIDORT辐射传输模型建立关于有效云量和云压的查找表；然后，通过差分吸收光谱技术拟合卫星载荷观测的大气层顶辐射，获得O₂-O₂斜柱浓度并计算连续反射率；最后，结合辅助数据，根据查找表进行插值反演获得有效云量和云压。通过将算法应用到OMI观测数据，将反演结果与OMCLDO2产品进行对比验证，有效云量和云压空间分布一致，相关系数R均超过0.97；并还将该算法应用于下一代大气成分监测仪器TROPOMI，与FRESCO+产品对比，有效云量和云压空间分布基本一致，当地表类型为海洋时，有效云量相关系数R大于0.97，云压相关系数R大于0.94，云压反演结果存在一定的区别；通过将O₂-O₂云反演算法和FRESCO+云压反演结果与CALIOP Cloud Layer产品进行对比，结果表明，在低云情况下，O₂-O₂云反演算法线性回归方程斜率为0.782，截距为198.0 hPa，相关系数R为0.850，算法表现优于FRESCO+。而在高云情况下，FRESCO+反演结果更接近CALIOP云压结果。在OMI和TROPOMI上的应用表明O₂-O₂云反演算法在大气云反演中具有较高的准确性和可行性，可以为大气痕量气体反演的校正提供云参数，并为中国同类型卫星载荷的云反演算法提供算法参考。     

中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系

定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子模态比(FMF)和OMI痕量气体(SO_2、NO_2和HCHO)数据,对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现:AOD_(fine)、SO_2、NO_2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小;再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现:黄海地区的AOD_(fine)对SO_2最敏感,敏感度为0.424,这与中国东部沿海城市的人为排放有关;而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高,依次为0.664和0.545,主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后,对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现:黄海地区AOD_(fine)在夏秋两季与SO_2的相关性较强(R0.5),主要由于夏秋两季的温湿度大,利于发生气—粒转化;东海地区夏季HCHO与AOD_(fine)相关性较明显(R=0.57);南海春季HCHO与AOD_(fine)相关性较好(R=0.57),呈现出区域与季节性的变化。最终发现,气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。     

高分五号卫星大气参数探测综述

高分五号卫星搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、主要温室气体探测仪、大气多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高分辨率探测仪、可见短波红外高光谱相机和全谱段光谱成像仪共6台载荷,对全球环境监测及中国大气气溶胶、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、甲烷和云等多个环境与气象综合监测方面有着重要的意义。为了更好的了解高分五号卫星任务的大气监测内容,本文对高分五号卫星其中的4个大气探测载荷特征和数据处理算法进展进行了总结,涉及各个载荷参数信息、算法介绍和产品初步结果等相关内容。高分五号卫星是中国专门用于大气环境监测任务的遥感卫星,随着后续卫星的发射升空,将对中国乃至全球大气环境监测提供强有力的数据支撑。     

珠江三角洲地区SO2浓度卫星遥感长时间序列监测

利用卫星OMI(Ozone Monitoring Instrument)数据获得的长时间序列SO₂浓度,分析广州亚运会从申办到成功举办期间珠江三角洲地区近地面SO₂浓度的变化过程,以及亚运会举办期间珠江三角洲SO₂浓度分布状况。结果表明OMI能够反映近地表的SO₂浓度变化趋势,广州亚运会从申办到成功举办期间珠江三角洲地区近地面SO₂浓度表现出明显的季节变化,且亚运会期间该地区近地面SO₂浓度比以往年同期要低,说明珠江三角洲地区联动的空气质量保障措施明显降低了该地区近地面的SO₂浓度。     

基于S5P/TROPOMI的中国东部气溶胶单次散射反照率反演初探

气溶胶单次散射反照率SSA（Single Scattering Albedo）的卫星定量遥感对气候评估和大气污染治理均具有重要意义。搭载于S5P（Sentinel-5 Precursor）上的对流层监测仪（TROPOMI）具有目前同类卫星传感器中最优的空间分辨率。本文基于S5P/TROPOMI数据开展了中国东部地区的SSA反演研究。首先利用中国东部地区AERONET（Aerosol Robotic Network）站点数据对OPAC（Optical Properties of Aerosols and Clouds）气溶胶模型进行约束改进,构建了更为合适的气溶胶类型,并使用地基激光雷达（Lidar）预设相应气溶胶类型的垂直结构。然后使用辐射传输模型SCIATRAN构建查找表LUT（Look-Up Table）,将TROPOMI UVAI（Ultraviolet Absorbing Index）和MODIS AOD（Aerosol Optical Depth）数据联合输入反演气溶胶SSA数据。反演结果与地基站点数据对比,相关系数R²为0.61,均方根误差为0.05;和OMI SSA产品相比,总体趋势一致且具有空间连续性更好。基于TROPOMI的高分辨率SSA算法和数据将有助于中小尺度下气溶胶时空分布、光学特性等研究。     

河南省夏季臭氧生成敏感性及其驱动因素分析

明确当地臭氧生成敏感性变化的主控因子是制定有效臭氧污染控制策略的前提。采用卫星观测OMI FNR（Ratio of the tropospheric columns of Formaldehyde to Nitrogen dioxide,HCHO/NO₂）指示剂将河南省夏季臭氧生成敏感性OFS（Ozone Formation Sensitivity）划分为VOCs控制区、协同控制区和NOx控制区。基于地理探测器,量化气象条件、人为源前体物及其交互作用与OFS的关系。研究揭示：（1）河南省夏季OFS以协同控制区为主,区域内臭氧污染严重,仅次于VOC_S控制区。2005年—2015年,FNR值波动下降,OFS向协同控制区转变,主要受NO_X减排的影响。2016年之后,FNR值变大,OFS有向NO_X控制区转变的趋势。（2）人为源排放是OFS变化的主要驱动因子,平均可解释FNR变化的40.5%（q＝0.405）。若CO、PM_2.5、NOx和非甲烷挥发性有机物NMVOC（Non-methane Volatile Organic Compounds）的排放量增加,FNR减小,河南省夏季OFS向VOCs控制区转变,对NOx减排的敏感性降低。（3）地表净太阳辐射SSR（q＝0.321, Surface net Solar Radiation）和大气柱总水量TCW（q＝0.302, Total Column Water）是河南省夏季OFS变化的主要气象驱动因素。SSR增加,FNR减小,使臭氧生成对VOCs更加敏感。TCW对OFS变化的影响较为复杂,当TCW<40 kg/m²时,TCW增加,FNR减小,臭氧生成对VOCs更加敏感;当TCW>40 kg/m²时,TCW增加,FNR增大,臭氧生成对NOx更加敏感。（4）因子间的交互作用对OFS空间分布的驱动大于单一因子的独立作用,人为源前体物和气象因子的交互作用占主导地位。研究结果可加强对臭氧生成光化学过程的认识,为制定合理的污染减排措施提供依据。     

红外临边探测发展现状

临边探测器垂直分辨率高,辐射信号的变化主要受大气参数影响,且辐射校准后几乎不受背景辐射影响,对痕量气体可探测性强,探测高度约为10—100 km,对臭氧层的大气遥感监测具有特殊意义。红外临边传感器经过40余年的发展过程,在通道数目、信噪比、可探测目标种类、冷冻技术、在轨寿命方面都有明显改进。本文以平流层O_3及其相关的痕量气体为中心,按照传感器搭载的卫星平台及卫星发射时间的先后顺序,比较了国际上已有的LRIR、LIMS、SAMS、ISAMS、CLAES、MIPAS、HIRDLS、TES共8个星载红外临边探测器的特性、探测目标、技术改进、性能提升等;介绍了红外临边探测大气成分的反演原理;总结了红外临边探测器在痕量气体,平流层云与气溶胶,重力波与极涡,非局部热力学平衡效应4个方面的应用成果。最后对红外临边探测的前景趋势提出了思考。     

Monitoring drought dynamics in the Aravalli region (India) using different indices based on ground and remote sensing data

The hard-rock hilly Aravalli terrain of Rajasthan province of India suffers with frequent drought due to poor and delayed monsoon, abnormally high summer-temperature and insufficient water resources. In the present study, detailed analysis of meteorological and hydrological data of the Aravalli region has been carried out for the years 1984–2003. Standardised Precipitation Index (SPI) has been used to quantify the precipitation deficit. Standardised Water-Level Index (SWI) has been developed to assess ground-water recharge-deficit. Vegetative drought indices like Vegetation Condition Index (VCI) and Temperature Condition Index (TCI) and Vegetation Health Index (VHI) have been computed using NDVI values obtained from Global Vegetation Index (GVI) and thermal channel data of NOAA AVHRR satellite. Detailed analyses of spatial and temporal drought dynamics during monsoon and non-monsoon seasons have been carried out through drought index maps generated in Geographic Information Systems (GIS) environment. Analysis and interpretation of these maps reveal that negative SPI anomalies not always correspond to drought. In the Aravalli region, aquifer-stress shifts its position time to time, and in certain pockets it is more frequent. In comparison to hydrological stress, vegetative stress in the Aravalli region is found to be slower to begin but quicker to withdraw.     

使用FME与VBA提取机场方格网高程数据

因受机场工程设计软件的测量数据容量限制,基于LiDAR采集、点云分类后得到的地面点云数据LAS不能完整应用于目前设计软件进行设计计算。本文通过对拟选技术方案的筛选,提出了利用FME Workbench数据处理功能,结合VBA编程获取外部方格网平面数据的方法。该方法在FME Workbench中实现了地面点云数据构建TIN、采用逐点内插方法从TIN中提取方格网高程数据、等高线生成及相应图形处理与成果输出。最终通过实际算例证明了该方法的有效性。     

Gravity Changes Before Large Earthquakes in China: 1998-2005

Although it is well known that coseismic gravity changes take place during an earthquake, previous research has not yielded convincing evidence demonstrating that significant gravity changes occur before large earthquakes. Furthermore, even if we suspect that gravity changes occur before large earthquakes, we have yet to demonstrate how to consistently observe these changes for useful earthquake forecast that would bring benefits to society. We analyzed ground gravity survey data obtained in 1998, 2000, 200...     

自动车辆定位导航系统中传感器的误差分析

对国界定位导航系统中几种常见的辅助传感器所产生的误差进行了分析，导出了不同传感器的误差模型。这些误差模型是估计车辆位置的扩展卡尔曼滤波器的基础，同时也为选择适当的传感器提供了理论根据。     

地理数据库的关系模型及其实现

本文从以图论观点分析地理实体入手,系统阐述了地理数据库关系模型的设计法和过程。作者于1984年4～9月间在微型机上设计建立了关系型地理数据库的实方验系统(RGDB)。该系统采用了本文提出的关系模型,采用了可动态扩库的子库组合结构,这种结构具有灵活性和提高空间利用率的优点。RGDB含有多种功能的数据操作命令,除了具有一般检索功能外,还能进行“开窗”选取和十分“自由”的映象选取。本文对RGDB系统的主要性能和实现途径作了扼要介绍。     

基于WebGL的三维智慧管网系统的设计与实现

随着城市面貌日新月异,地下管网的建设也在持续推进,作为城市的地下“神经网络”,全天24 h保障城市的正常运转和发展。本文以实现城市管网管理系统的高可用、无插件、智能化为目标,采用“地上地下一体”“二三维一体”的设计理念,研究基于WebGL的三维智慧管网系统的关键技术,实现了管线设施管理的信息数字化、空间化与图形化。     

基于Skyline的企业总图3维信息系统

3维技术以其直观、眩目的表现力深受人们喜爱.利用3S技术和Skyline开发平台,可以构建大型企业3维地理信息系统,以满足企业设计部门和资产管理部门对基础地理信息的需求.兼容原有2维系统的总图3维信息系统,将为企业的日常管理、设计施工、分析统计、规划决策等提供更加可靠、直观、多层次、多功能的综合服务信息.     

城市数字高程模型和数字正射影像建库系统架构

数字高程模型和数字正射影像是城市基础地理信息的核心载体.两者数据都是连续的地表模型数据.本论文旨在研究建立一个以这两种数据为主体的数据库集成管理系统,并能够提供基本的分析和应用功能,为城市的规划、建设、管理和社会各行业提供完善、优质和高效的地理空间数据服务.论文以宁波市两者数据的建库为例.首先介绍一些有关背景资料;然后详细研究了该系统的设计情况,包括设计的原则、技术路线,数据组织和功能规划;最后进行总结,分析了该系统架构设计的优缺点.     

大庆CORS系统精度（RTK）测试与分析

目前国内GNSS连续运行参考站网系统（CORS）进入了高速发展的成熟期,为了更好地发挥其性能,文章是针对大庆CORS站系统精度进行的测试与分析（RTK）。