利用HJ-1 CCD高分辨率传感器反演灰霾气溶胶光学厚度

霾已成为目前我国城市地区主要的空气污染现象,且近年来呈多发趋势。卫星遥感是获取大范围观测数据的必要手段,可对大气灰霾污染的分布区域及强度进行快速监测,弥补传统监测手段的不足。我国发射的环境小卫星（HJ1）由于其高的空间分辨率、较高的时间分辨率和宽覆盖的特点,在环境监测方面可发挥很大的作用。本文在假设短时间内地表反射率稳定的基础上,用HJ1-CCD影像蓝绿两个波段数据反演2013年1月份北京市区灰霾天气的气溶胶光学厚度,对环境小卫星在灰霾天气的应用情况进行评价,并分析了高分辨率卫星遥感在灰霾监测中的可行性及优势     

基于地基遥感的灰霾气溶胶光学及微物理特性观测

近年来北京地区冬季频繁遭受灰霾污染的侵袭,在2013年1月又出现了长时间、大范围的严重灰霾污染天气,引发广泛关注和热议。为了解北京地区2013年1月严重灰霾污染过程中大气气溶胶特性,本文基于地基太阳-天空辐射计CE318观测数据,反演了气溶胶光学和微物理参数,并据此对1月份第二次严重污染过程进行了详细分析。研究表明：（1）2013年1月北京地区灰霾污染期间,气溶胶光学厚度较大,在440 nm处均值达到0.87,在个别严重污染天气下高达3左右;（2）气溶胶光学与物理参数与灰霾过程密切相关,Ångström指数由清洁大气时的1.3降到灰霾污染时的0.95,复折射指数虚部均值由污染前的0.04下降为污染过程中的0.01,单次散射反照率均值则由0.73增大到0.92,同时不对称因子均值从0.58增大到0.67;（3）灰霾污染过程中细模态气溶胶比例较高,占总体积比例平均达到73.0%,最高达90.5%,在灰霾污染中气溶胶细模态平均峰值半径随光学厚度增大而增大,清楚表明了灰霾过程中颗粒物的吸湿增长效应,粗模态平均峰值半径随光学厚度的增加而减小,在污染最严重时,粒子谱分布峰值半径约为0.43 μm。     

扩展多波长偏振测量的太阳—天空辐射计观测网

太阳辐射和大气气溶胶的地基遥感观测在气候变化、大气环境和对地观测等领域有重要意义。结合多波长偏振测量技术在气溶胶观测中的应用,本文介绍了在中国典型区域建立的太阳—天空辐射计观测网SONET(Sunsky radiometer Oberservation NETwork)。主要内容包括:(1)多波长偏振太阳—天空辐射计的参数、基本原理和功能,以及据此建立的中国区域太阳—天空辐射计观测网及其站点的基本情况;(2)太阳直射、太阳主平面和平纬圈几何条件下,太阳—天空辐射和偏振的观测模式及其测量参数;(3)针对气溶胶、水汽等大气成分观测发展的太阳直射辐射、天空光辐亮度、线偏振度等观测量的定标和数据处理方法,并给出在晴朗和灰霾等天气下的SONET观测结果示例;(4)基于在SONET典型站点连续的较长期遥感观测,初步建立了城市、乡村和灰霾情况下的整层大气气溶胶参数模型。在扩展多波长偏振测量的基础上,SONET还发展了自动观测、快速数据处理、定期标定和维护等观测网运行关键技术,可为典型大气气溶胶模型构建、卫星气溶胶产品反演和验证、大气环境遥感监测等应用提供支撑。     

灰霾污染状况下气溶胶组分及辐射效应的遥感估算

本文利用地基遥感观测数据和气溶胶模型,分析了北京地区2013年1月份灰霾期间气溶胶中不同成分的光学与物理化学特性,并使用大气辐射传输模式估算了气溶胶中不同成分对直接辐射强迫的贡献。结果显示,在严重灰霾时期,大气中的硫酸盐等水溶性气溶胶光学厚度（440nm）显著增加,对气溶胶光学厚度的贡献达到70%以上,同时黑碳气溶胶对总光学厚度（440nm）的贡献也呈现增长趋势,是晴朗天气下的8倍以上。严重灰霾（28日）时气溶胶的直接辐射强迫显著增加,但气溶胶中不同成分对辐射效应的贡献不同,黑碳成分在气溶胶对大气层的辐射强迫中占主要贡献（57%）,而水溶性成分则在气溶胶对地表的辐射强迫中占主要贡献（60%）。     

结合地基激光雷达和太阳辐射计的气溶胶垂直分布观测

选取2013年1月灰霾和2月晴好天进行气溶胶垂直分布的雷达观测研究,并对不同高度气溶胶消光系数进行对比分析。结果显示在研究时间段内,晴好天时气溶胶的垂直分布不均匀,易出现垂直分层现象,而灰霾天时气溶胶主要集中在垂直高度1km以下,基本无分层现象。对比分析显示,严重灰霾天时气溶胶消光系数较大,在400米高度可达到中度污染天的5倍,以及晴好天的50倍。此外,整层大气的气溶胶光学厚度与400米处消光具有较好的相关性。     

多波段多极化被动微波遥感地震应用研究进展与前沿方向探索

被动微波遥感卫星具有多波段多极化观测能力,其全天候、高灵敏度特性契合了地壳活动及地震的监测分析需求。近年来,地震孕育和发生过程中的热异常遥感监测与分析得到了广泛关注。本文从星载被动微波传感器发展和地震被动微波遥感应用两方面,梳理了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震监测与异常识别的研究现状,剖析了微波数据选择、异常分析方法、观测粗差剔除和信息机理认知等方面的进展与不足。总结了近年微波遥感地震应用的研究进展,阐明了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震异常识别的科学逻辑与复合链条。提出了地震遥感的两个前沿探索方向,即地震微波异常的可靠识别、地应力场变化微波遥感的信息物理。指出了遥感-岩石力学基础试验研究和地震遥感综合分析层面亟待解决的关键问题。进而呼吁,多学科联合、交叉乃至融合是地震遥感科学与技术向纵深发展的必由之路。     

大气环境卫星温室气体和气溶胶协同观测综述

人类排放的温室气体和气溶胶是造成全球气候变暖和大气环境恶化的主要因素,也是大气环境卫星遥感的核心探测目标。与传统的单一探测目标卫星相比,实现同平台的大气温室气体和气溶胶协同监测,对于提高温室气体卫星反演精度、改善“自上而下”碳源汇估算、提升温室气体和气溶胶的人为/自然源区分能力具有重要意义,也是各国航天机构积极发展的空间探测手段。本文对欧、日、中、美等具备温室气体和气溶胶协同监测能力的卫星进行系统的介绍,包括卫星平台、传感器、处理算法和质控验证。按照卫星监测任务和传感器用途,将其分为大气综合探测卫星和温室气体监测卫星两大类,并从碳中和行动和大气环境综合治理等需求出发,提出温室气体和气溶胶协同观测星座（GACOC）的概念及其发展方向,包括主被动卫星组网观测、温室气体和气溶胶高精度联合反演算法、人为排放源识别和定量监测等应用。     

大气气溶胶成分遥感研究进展

大气气溶胶成分的复杂变化导致其在气候变化评估中具有很高的不确定性。气溶胶成分遥感利用遥感观测的气溶胶光学—微物理参数,定量估计整层大气气溶胶主要成分含量,具有实时快速、空间覆盖、保持气溶胶自然状态等特点。本文介绍了近年来气溶胶成分遥感在理论基础和观测研究方面的进展情况。首先,在简要回顾反演算法发展的基础上,以目前较先进的成分遥感分类模型(包括黑碳、棕色碳、沙尘、非吸光有机物、细粒子无机盐、海盐和水)为例,详细分析了气溶胶成分遥感反演的思路。据此提出了基于气溶胶综合光学—微物理特性(包括光学吸收/散射、粒径尺度、形状等敏感性特征参数)的气溶胶成分遥感识别方法。之后,结合气溶胶混合方式,讨论了复折射指数计算方法及其对成分反演的影响,并给出了利用同步化学采样观测验证气溶胶成分遥感的一些结果示例。最后,结合观测手段拓展、成分模型优化、反演精度提升、应用能力推广等4个方向,展望了大气气溶胶成分遥感的发展趋势,及其在全球气候变化评估等领域的应用。     

基于MODIS数据的气溶胶光学厚度遥感反演及灰霾关联性分析

基于MODIS L1B数据,利用暗像元法和6S模型,对西安地区2014年10月5日至2014年10月12日一次典型灰霾期间的气溶胶光学厚度进行了反演,并对反演结果进行了验证分析,研究了气溶胶光学厚度与灰霾的关联性。研究表明,反演方法具有一定的可行性,气溶胶光学厚度与空气质量指数具有较强的关联性,可以通过气溶胶光学厚度的遥感反演来研究灰霾的时空迁移特性。     

北京市污染气溶胶散射特征实验及其数值模拟

用地基遥感方法对北京市主要大气污染类型的气溶胶散射进行多角度观测实验，对比分析不同污染类型，及在不同观测角度下污染气溶胶的散射特征；并建立对各类型污染气溶胶散射率进行了数值模拟的数学模型。在此基础上求出观测时污染气溶胶的混浊度。为污染气溶胶的卫星遥感打下基础。     

基于遥感的上海地区雾霾监测研究

以中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据为数据源,综合利用6S传输模型与NASA V5.2算法对2013年12月4日至8日上海地区雾霾污染进行了连续性监测,并对其形成原因进行分析。结果表明,此次雾霾污染主要是由本地生产和外地迁移来源共同作用形成,上海地区气溶胶光学厚度在12月6日达到最大,雾霾污染区域逐渐从上海地区的西北向东南扩散,污染等级也逐渐降低。     

应用暗原色先验规律的遥感影像去雾技术

遥感影像去雾技术具有重大的应用价值。暗原色先验规律的提出为遥感影像的去雾提供了一种新的方法。根据遥感影像的特点,对应用暗原色先验规律的去雾方法进行了简化。实验证明,这种简化的方法对遥感影像的去雾处理能够在有效简化计算步骤的前提下取得良好的效果。     

基于暗原色先验的遥感影像去雾方法研究

目前,遥感影像应用的场景越来越多,但受到空气污染或气候等原因影响,局部地区雾霾现象严重,严重影响遥感影像质量。针对这一问题,本文结合遥感影像的特点提出了一种基于暗原色先验的遥感影像去雾方法。首先,结合遥感影像的特点,在求取暗通道过程中设置失效点,排除不符合暗原色先验的像素点;其次,根据获得的暗通道计算大气光值;然后,求取透射率图并用导向滤波精细化,根据大气传输模型求得去雾后的影像;最后,分别用无人机影像和Landsat卫星遥感影像进行去雾实验,验证了本文方法的有效性。     

水质遥感监测方法的探讨

不同水质具有不同的光谱特征,可以利用遥感技术对水质进行监测.水质监测结果是水质评价与水污染防治的主要依据,随着水体污染问题的日渐严重,水质监测成为社会经济可持续发展必须解决的重大问题,无论内陆水体还是海洋水体,其水质影响到国民生产和人们的生活用水,准确、快捷的水质监测显得尤为重要.水质遥感监测具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的特殊优势,在水体水质监测中具有巨大的应用潜力.本文主要对水质遥感监测方法进行探讨.     

利用太阳-天空辐射计遥感观测反演北京冬季灰霾气溶胶成分含量

根据气溶胶成分的光学特性,气溶胶可简化为五种成分组成：一类是吸收性的成分,包括黑碳(BC)、吸收性有机碳(BrC)、沙尘(DU);另一类是散射性成分硫酸铵(AS);还有一类是气溶胶中的重要成分——水分(AW)。本文基于太阳-太空辐射计获取的气溶胶微物理特性资料,对北京2013年1月灰霾过程气溶胶中这五种成分的含量进行了定量反演研究。结果表明,灰霾天气下气溶胶中BC,BrC,DU,AS和AW的体积比例为2%,9%,30%,33%和26%,而清洁天气分别为3%,3%,15%,71%和8%。对于质量浓度,灰霾天气下BC,BrC,DU,AS和AW分别是7,35,166,131和73 mg/m2;而清洁天气下分别为4,4,29,78和6 mg/m2,两者的成分比例有显著差别。反演的黑碳质量浓度,以及细粒子的质量浓度分别与黑碳仪的观测和环保部公布的PM2.5的质量浓度具有很好的一致性,相关系数（R2）分别为0.45和0.85。     

国家环境遥感监测体系研究与实现

随着国家空间基础设施的建设和发展,中国遥感监测体系研究与建设取得了重大突破,从无到有形成了国家环境遥感监测能力,并业务化实现了主要环境遥感监测要素产品的生产与服务,为新时期环境管理工作提供了有力支撑。在分析国内外环境遥感发展及中国环境遥感监测需求的基础上,阐述了中国环境监测体系建设的必要性,研究了国家环境遥感监测体系的建立与业务化运行,提出了中国环境遥感监测体系发展思路与下一步重点任务。     

Mapping and monitoring carbon stocks with satellite observations: a comparison of methods

Mapping and monitoring carbon stocks in forested regions of the world, particularly the tropics, has attracted a great deal of attention in recent years as deforestation and forest degradation account for up to 30% of anthropogenic carbon emissions, and are now included in climate change negotiations. We review the potential for satellites to measure carbon stocks, specifically aboveground biomass (AGB), and provide an overview of a range of approaches that have been developed and used to map AGB across a diverse set of conditions and geographic areas. We provide a summary of types of remote sensing measurements relevant to mapping AGB, and assess the relative merits and limitations of each. We then provide an overview of traditional techniques of mapping AGB based on ascribing field measurements to vegetation or land cover type classes, and describe the merits and limitations of those relative to recent data mining algorithms used in the context of an approach based on direct utilization of remote sensing measurements, whether optical or lidar reflectance, or radar backscatter. We conclude that while satellite remote sensing has often been discounted as inadequate for the task, attempts to map AGB without satellite imagery are insufficient. Moreover, the direct remote sensing approach provided more coherent maps of AGB relative to traditional approaches. We demonstrate this with a case study focused on continental Africa and discuss the work in the context of reducing uncertainty for carbon monitoring and markets.