基于MODIS数据验证分析雾参数反演算法和影响因素

基于遥感影像对雾进行定量分析是近年来的研究热点之一。地面能见度、雾顶高度、垂直总水汽含量和有效粒子半径是对雾进行定量分析的重要参数。选取MODIS传感器数据为数据源,以发生于江苏省西南部的一次冬季平流辐射雾为研究对象,结合来自南京信息工程大学的地面观测数据,对基于大气辐射传输方程模型和SBDART辐射传输的雾物理参数反演算法所反演的地面能见度和雾顶高度进行地面实测数据验证;分析影响这2个物理参数精度变化的原因;在序列影像雾物理参数反演结果基础上,进一步结合地面高程和植被指数对雾物理参数影响因素进行分析。结果表明,该次反演的雾能见度和雾顶高度与地面观测结果相关系数分别为0.908和0.980,由于SBDART模型设置的参数以及BP神经网络训练次数等原因,夜间反演的能见度值偏大;此次大雾物理参数与地面高程和植被指数之间具有一定的关系,地面高程与能见度呈正相关,植被指数和水汽含量呈正相关,与雾有效粒子半径和光学厚度呈负相关;雾区物理参数易受水体和土地利用等影响。     

基于MODIS影像的陆地辐射雾微物理参数反演及动态变化分析

作为一种常见的气象灾害,雾灾严重的影响了人们交通出行等日常生活。基于遥感影像反演的雾微物理参数可在一定程度反映雾灾的发展状况和严重程度,进而对大雾进行有效的监测和预测。本文选取发生于华北地区2007年11月24日13时10分的陆地辐射雾MODIS影像作为试验数据,在大雾生消机理和遥感影像信息提取基础上,构建了大雾路径辐射模型和微物理参数反演算法,成功反演出能见度、含水量、有效粒子半径3个微物理参数,并在湖北省气象局提供的地面观测数据基础上对能见度进行了地面数据验证,得到两者的相关系数为0．9366．地面数据与反演结果相关性较大,数值误差较小,说明反演方法具有可行性。本文进一步应用该模型对发生于华北地区2007年11月21日至11月26日的一次陆地辐射雾MODIS时间序列影像反演微物理参数并进行动态变化分析,总结出大雾具有爆发性产生和重复阶段性发展的特点,能见度主要受大气辐射和水汽供给的影响。其值在50～130m之间变化,和平均含水量、有效粒子半径成反比例关系,共同反映出雾灾的严重程度和发展阶段。     

利用GPS技术遥感哈尔滨地区大气可降水量的分析

利用2004年6月哈尔滨GPS跟踪站的观测资料和气象资料,对哈尔滨地区的大气综合水汽含量进行反演,根据反演结果得出GPS反演的水汽含量与实际降水以及地面气象元素的对应关系。并对利用GPS技术遥感大气综合水汽含量时应注意的事项提出建议。     

基于大气温度和水汽含量改进HJ-1B地表温度反演

为了提高地面气象站稀少地区地表温度遥感反演的精度,本文基于多源遥感数据的优势,首先利用MODIS影像获取研究区像元尺度上平均大气水汽含量;然后利用同时相的HJ-1B影像估算区域地表比辐射率,再采用温度-植被指数法获取近地表大气温度;最后将以上3个参数输入单窗体算法,改进其地表温度反演的精度。研究结果表明,改进单窗体算法反演地表温度与地面实测温度的偏差小于1 K,为地面气象站点稀少的植被覆盖区域提供了一种可行的精确遥感反演地表温度方法。     

森林垂直结构参数遥感反演综述

随着遥感技术的发展,林业遥感从早期森林分类制图的定性研究,逐步发展到森林整体特性的遥感定量反演研究。目前利用遥感反演的森林叶面积指数、生物量、叶绿素浓度、碳储量等参数以描述森林生化理化特征、水平结构特征为主,而描述森林垂直结构的参数较少。本文针对不同高度处森林的叶面积密度和冠层垂直高度廓线参数,综述了遥感获取森林垂直结构参数的方法以及典型地表类型的垂直结构参数曲线,并总结了森林垂直结构参数提取方法中存在的问题,探讨未来研究方向。     

MODIS水汽反演用于InSAR大气校正的理论研究

大气效应尤其是大气水汽的影响是InSAR干涉测量中主要的误差源和限制因素之一,因此高精度的InSAR应用迫切需要及时掌握大气水汽含量及其时空变化。本文深入分析了利用MODIS的水汽反演结果进行InSAR干涉测量大气校正的可行性,对MODIS近红外水汽反演结果与地基GPS水汽探测结果进行了比较和分析。同时根据GPS解算结果,利用实例讨论了基于地面气象参数的水汽延迟模拟的效果。     

WOFOST模型与遥感数据同化的土壤速效养分反演

土壤速效养分是作物生长的必要条件,合理控制土壤速效养分含量对粮食增产、农民增收以及环境保护都有重要意义。随着现代农业技术的发展,可以通过变量施肥将土壤速效养分含量控制在最佳状态,这也对土壤养分的获取精度提出了更高的要求。当前的主要土壤速效养分遥感监测方法在监测精度、稳定性、成本控制和可推广性依然存在一定不足,甚至限制对变量施肥的指导作用。本文针对传统土壤速效养分估算方法的不足,提出了利用作物模型与时间序列遥感数据相结合实现耕层土壤速效养分反演的新思路,该思路以养分缺失引起的作物长势参数的变化为切入点,在数据同化算法设计和养分模块优化改造的基础上,利用作物长势参数遥感监测结果与模型模拟结果的差异设计了土壤速效养分反演算法,实现速效养分含量信息的有效获取。设计地面观测实验并利用地面观测数据对反演精度进行评价,结果表明该方法可以对土壤中的速效养分进行实时、高精度的稳定反演,3种主要的速效养分速效氮、有效磷和速效钾的R2分别达到了0.68、0.74和0.52,平均相对误差分别为7.45%、6.17%和9.97%。     

基于三维大气探测激光雷达的大气颗粒物污染探测

激光雷达是一种监测大气颗粒物分布和传输的有效遥感手段，能够克服常规地面监测站零星分布、无法实现区域覆盖监测的问题。通过布设一台垂直探测激光雷达和一台水平扫描激光雷达，实现大气颗粒物的垂直结构探测以及半径6 km内水平分布情况监测，并结合斜率法和Fernald算法实现更加精确的水平方向消光系数反演，进而实现以三维数据分析颗粒物的传输、分布和浓度变化情况；并利用地面国控站点数据同水平消光系数进行相关性对比。结果表明，利用三维大气探测激光雷达能够有效地揭示城市地区较大区域内的颗粒物分布和传输情况，具有覆盖范围大、探测效率高的优点。     

基于劈窗算法从ASTER遥感数据反演地表温度

应用卫星热红外遥感影像反演地表温度对于研究城市生态环境、气象过程具有重要意义,ASTER 遥感数据为此提供了有效的信息源。针对从 ASTER 数据中反演地表温度(LST)的需要,首先利用 MODIS 数据反演大气水汽含量,并模拟出大气水汽含量与大气透过率的关系,求得大气透过率,然后通过决策树分类结果和地物光谱特征计算出地表反射率,最后采用劈窗算法反演出地表温度。通过某市2个季节的试验表明该方法具有较高的精度,能够有效应用于城市热环境分析,为城市物理环境综合分析评价提供支持。     

基于MODIS数据的水汽总量估算方法研究

水汽对生态系统的发展和维持起着重要作用,利用遥感数据可以大范围的反演水汽的分布,为了定量估算区域的水汽含量,提出了利用GIS正方形网格分区（10km×10km）,并统计每个正方形网格范围内遥感图像中水汽的平均值,进而快速估算区域内水汽含量。海南岛水汽估算应用实例表明,该方法能快速估算区域内水汽含量,有利于水资源的潜力评估分析。     

A Refined Two-Channel Microwave Radiometer Liquid Water Path Retrieval for Cold Regions by Using Multiple-Sensor Measurements

Traditional two-channel microwave radiometers (MWRs) are widely used to measure cloud liquid water path (LWP); however, the retrieved LWPs are subject to relatively large uncertainties, particularly for low LWP clouds. By reformulating the statistical retrieval method with clear-sky measurements as a reference, a simple method is presented to significantly reduce uncertainties in the LWP retrieval due to errors in MWR calibration, uncertainties in the absorption coefficients of atmospheric gases, and variations in the vertical profiles of temperature and pressure. The improvement is illustrated by comparing the statistics of the erroneous clear-sky LWP for the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement Program Climate Research Facility observations at the North Slope of Alaska site and by comparing LWP retrieved with a multiple-sensor algorithm and LWP retrieved based mainly on MWR measurements. This letter also demonstrates the importance of using correct water cloud temperature and temperature-dependent water absorption coefficients for MWR LWP retrieval over cold regions. This approach can be easily implemented for combined MWR, ceilometer, and surface meteorological measurements.     

湖泊遥感研究进展与展望

湖泊遥感作为一门新型交叉学科,是湖泊科学和遥感科学的重要分支.本文探讨了湖泊遥感科学的研究对象、内容和方法,通过梳理国内外总体研究进展,总结出湖泊遥感的5个发展趋势:(1)关注问题,从兴趣导向发展到问题导向;(2)观测手段,从地基遥感/中分辨率卫星发展到高分辨率/高光谱/无人机;(3)算法算力,从单机版经验/机理模型发...     

新一代水文遥感潜力展望

本文从我国水文遥感技术和应用的现状出发,以降雨量估算、土壤含水量探测、湖泊和巨型水库水位监测及大型水体水温监测为重点,阐述了新一代水文遥感的技术动向和发展趋势,点明了90年代我国水文遥感的研究方向。     

Modelling of radiation transfer in Earth’s hazy atmosphere and calculation of path radiances in IRS LISS-I Bands

A model (named ATMRAD) of radiation transfer in the Earth’s hazy atmosphere based on simplistic solution of radiation transfer equation and tropical model atmosphere is developed to estimate path radiance for correction of remote sensing multispectral data. The atmosphere is assumed to be cloud free and plane-parallel stratified with various quatities specified for 46 layers in its 100 km assumed thickness and model altitude profiles of haze aerosols specified for 23 km and 5 km visibility ranges. Altitude profiles of haze for any intermediate visibility ranges are deduced from linear mixing of the two profiles for 23 and 5 km visibilities. Deirmendjian size distribution function is assumed for aerosols. The radiation transfer calculations have been performed for 126 wavelengths in 0.25 to 3.0 μm range by considering Rayleigh and Mie Scatterings by air molecules and aerosols; and absorption by atmospheric gases. The model calculations have been carried out for path radiances in bands of IRS LISS-I sensor for different visibility ranges and solar illumination angles.     

湖泊营养状态遥感评价及其表征参数反演算法研究进展

湖泊富营养化由于其可导致藻类水华暴发,引发生态系统灾变和饮用水风险,是中国乃至全球湖泊面临的主要生态环境问题.湖泊营养状态精准、实时、大范围的同步监测是准确掌握湖泊水环境变化特征,开展富营养化成因分析、评价评估、治理修复和管理考核的重要基石.相比地面调查的传统手段,遥感具有快速、大范围、周期性等优点,已经广泛应用于叶绿...     

应用遥感在中国西北部荒漠覆盖区寻找隐伏构造的方法探索

西北地区沙漠、戈壁广布,许多地方荒无人烟,但能源和矿产资源丰富,辽阔的地域是充分发挥遥感优势的有利用武之地。本文总结了在西北地区应用遥感寻找隐伏构造的方法,并提出遥感与其它非地震勘探方法相配合,可在油气资源勘查中发挥更大的作用。     

光学遥感影像DCM-HTM去雾算法研究

针对卫星遥感影像的雾区检测和校正问题,提出了一种暗通道图像DCM与雾厚度图像HTM结合的DCM-HTM遥感影像去雾算法。算法基于暗通道原理,采用mean-shift均值漂移滤波和直方图自动阈值来检测雾区域;同时通过不重叠窗口获取HTM;最后在检测出的雾区内实现去雾校正处理。实验结果表明,算法能较准确地检测出影像上的雾区域,能在影像正常区域不受影响的前提下,有针对性地对受雾影响区域进行校正,校正效果较整幅影像的去雾校正有较大改善。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。     

珊瑚礁遥感研究进展

珊瑚礁是生物多样性和初级生产力最高的海洋生态系统之一,对人类社会与海洋生态环境的健康和可持续发展有重要作用,而珊瑚礁又是中国南海主要的国土类型,国家因此越来越重视对南海珊瑚礁的规划、管理、建设与保护。珊瑚礁的调查与探测则是进行珊瑚礁活动的基础与依据,而遥感则在珊瑚礁的大范围探测方面具有很大的潜力,所以国内外已经存在很多利用遥感对珊瑚礁进行调查与探测的研究与应用。本文将按照被动遥感和主动遥感的顺序,客观地阐述国内外珊瑚礁遥感研究与应用的进展,探讨珊瑚礁遥感研究与应用的发展趋势,并尝试总结中国珊瑚礁遥感的机遇和挑战。其中被动遥感包括珊瑚礁地形与水深的遥感、珊瑚礁底质与地貌的遥感、珊瑚礁岸线变化与稳定性的遥感以及珊瑚礁环境的遥感等,而主动遥感则包括珊瑚礁水深的机载激光雷达遥感、珊瑚礁地貌的船载声学遥感和珊瑚礁地形的星载微波遥感等。结果发现,国内珊瑚礁遥感研究与应用的整体水平落后于国外:虽然在部分数据处理方面具有比国外更先进的技术,但相应的应用基础研究仍然达不到国外的广度与深度。因此,国内的珊瑚礁遥感研究仍需要鼓励珊瑚礁学者更多的参与与合作,以便在硬件设备和数据处理等方面加强针对珊瑚礁遥感的研究,进而融合多种手段而实现珊瑚礁遥感的工程化应用。