基于SEBAL模型的渭-库绿洲蒸散量特征及影响因子研究

对渭-库绿洲蒸散发量的估算在绿洲水资源管理和分配以及生态环境的保护方面扮演着重要作用,同时对于深刻了解流域水循环和水文过程也具有重要意义。本文以渭干河-库车河绿洲为研究靶区,将Landsat TM/OLI遥感数据与地面气象站点实测数据相结合,利用SEBAL模型估算了渭-库绿洲1997年和2016年的日蒸散量,并对日蒸散量的空间分布特征及日蒸散量与相关地表参数的相关性进行了分析。结果表明:渭-库绿洲日蒸散量的空间分布表现为西高东低,北高南低的分布特征,其高值出现在水体和植被覆盖较多的绿洲内部区域,低值则分布在研究区东、东南和西部的低植被覆盖区域;在日蒸散量与植被指数(NDVI、SAVI、LAI)、水体指数(MNDWI、NDWI、TVI、VSWI、TVDI)和地表温度(LST)等地表参数的相关性方面,研究时段内全部地表参数与日ET具有较高的相关关系,Pearson相关系数都通过0.01水平的显著性检验,其中NDWI与日蒸散量表现出了最好的相关性,表明在渭-库绿洲水分对日蒸散量分布与变化的影响是最大的。     

地物非线性重叠函数的可视化解法及其在地表通量遥感反演中的应用

本文从全球变化研究的需求分析入手 ,分析了地表通量遥感估算的重要科学意义 ,讨论了地表通量遥感过程中面临的几个关键问题 ,构建了地表通量遥感估算系统。对二层蒸发模型中的植被和土壤表面温度分解提出了可视化解算的思路。对遥感真实温度中的等效比辐射率 ,尝试利用蒙特卡罗方法进行计算 ,并对几种特定空间分布 ,特定类型树冠森林的四分量的方向性特性进行了详尽的分析。遥感反演地表真实温度 ,土壤和植被表面温度的分解是地表通量遥感中的关键步骤。     

半干旱夏季放牧草地能量收支和地表蒸散量变化特征

以半干旱区域典型夏季放牧草地为研究对象,采用涡动相关法,获取了2012年5月至2013年5月水汽和能量通量观测数据,分析夏季近地层能量收支特征、地表蒸散量变化及其气象控制因子。观测结果显示:生长季有效能量的分配以潜热通量为主,非生长季则以感热通量为主;地表蒸散日总量最大值为3.0mm,日蒸散量大小主要取决于土壤温度、气温和净辐射;降雨量的季节分布是地表蒸散量季节变化的一个重要的影响因子。     

基于多时相光谱库的地表覆盖自动分类研究

本文探讨了基于构建多时相光谱库对中分辨率遥感影像进行地表覆盖自动分类的有效性.通过对研究区域Landsat影像进行定量化处理,获取研究区域真实地表反射率,构建研究区域2017年夏冬季典型地物的光谱先验知识库;利用构建光谱库对研究区域2018年夏季Landsat地表反射率影像进行自动随机森林分类,并利用2018年地理国情...     

遥感影像云及云影多特征协同检测方法

遥感影像中云及云影不同程度地影响着地物信息的有效获取。随着多源遥感数据的日益丰富,交叉应用多源、多时相遥感影像复原云及云影区的影像,以有效地获取地类演变过程是遥感大数据应用研究的重要内容。高精度的云及云影检测是遥感影像云及云影区修复的前提和保障。复杂多变的光谱特征以及难以有效表达的空间形态特征,使云及云影一直存在检测过程复杂、适用性差和精度不高的问题,难以形成稳定有效的检测方法。在对厚云、薄云、冰雪及其他地类多光谱特性分析的基础上,本文提出了一种云及云影的多特征协同检测方法。首先,对冰雪、云及其他地物类型可分性较好的红、短波红外、热红外波段,利用SAM方法匹配云光谱特征曲线,并进一步结合短波红外波段像元绝对值区分云与冰雪,以及热红外波段像元绝对值区分云及其他地物类型;其次,通过组合云影定向移动模型与近红外波段亮度阈值检测出云影像元。对具备这些光谱波段的Landsat-8进行实验,结果表明多光谱曲线、“诊断性”波段及空间关系多特征耦合能有效地检测出影像中的薄云、厚云及云影,整体精度优于95%。     

城市地表净辐射通量的季相变化及与地表覆盖格局的关系研究

本研究利用厦门市4个季节的Landsat-5 TM遥感影像和气象资料,反演地表净辐射通量,进而分析其季相变化特征;使用景观格局指数表征和描述地表覆盖的空间组成与配置,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归和方差分解相结合的方法,从多季节角度研究地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响。结果表明：① 厦门市地表净辐射通量平均值夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低,地表净辐射通量在水体和林地区域较高,建设用地和裸地等其他地表覆盖类型区域较低;② 地表覆盖的空间配置对地表净辐射通量没有显著影响;③ 地表覆盖的空间组成对地表净辐射通量产生重要影响,全年内林地和裸地所占面积比例对地表净辐射通量的影响最显著,林地所占面积比例是影响和解释地表净辐射通量跨季节差异的最重要和持续有效的因素。该研究加深了关于地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响的科学认知,有助于探索城市热岛的形成和演变机制,也可为城市规划和可持续发展提供理论依据和实践指导。     

基于多源数据的地表覆盖制图与分析——以广东省广州市为例

地表覆盖数据是关于土地利用信息的重要来源,在地理国情监测、气候变化研究、生态环境评估等方面发挥着重要的作用。本文以广东省广州市作为研究区域,利用OSM数据结合FROM-GLC数据和Landsat-8遥感影像数据,对研究区域地表覆盖进行分类并完成地表覆盖制图。实验结果表明,利用OSM数据进行地表覆盖制图结果总体精度较高,具有可用性,但是OSM数据空白区域占比较大,有数据区域个别要素数量较少,在参考选取样本时,样本代表性不够高,部分类型的地表覆盖分类精度较低。     

基于随机森林算法的地表温度鲁棒降尺度方法

陆地表面温度是描述区域或者全球范围内陆地表面与大气的相互作用和能量平衡最重要的环境参数之一。针对目前尚未有遥感卫星能够同时提供具有高时间和高空间分辨率的地表温度产品的问题,国内外学者发展了多种对低空间分辨率的地表温度进行降尺度的算法。然而,由于对地表温度解释变量和降尺度模型的选择往往具有区域局限性,导致了降尺度模型的泛化能力受到了一定的限制。本文首先评估了地表反射率、遥感光谱指数、地形因子、地表覆盖、经纬度以及基本状态变量6类环境参量与地表温度之间的相关关系,并在此基础上筛选出最佳解释变量;同时,结合在非线性回归问题上表现比较优秀的随机森林算法,建立了一种鲁棒性的基于随机森林算法地表温度降尺度模型（RRF）。本文选取了中国范围内具有代表性的11个地区作为主要研究区,将空间分辨率为1 km的MODIS地表温度产品降尺度至90 m。以北京市2个典型地表类型的子区域为代表研究区,通过与传统的基于归一化植被指数与地表温度相关关系的TsHARP模型,以及基于红波段和近红外波段以及地表高程作为尺度因子建立的简单Basic-RF模型的对比分析可得,RRF模型在2个子研究区降尺度结果均优于TsHARP模型和Basic-RF模型,其均方根误差分别为2.39 K和2.27 K。通过进一步对2个子研究区训练的RRF进行交叉验证,证明在一个研究区训练的RRF应用至另一研究区的降尺度时,RRF模型表现出了较好的鲁棒性,降尺度结果的均方根误差分别为2.56 K和2.44 K,精度误差相差仅为0.17 K。通过将RRF应用于中国范围内的多个研究区,结果表明利用少量训练数据构建的RRF模型适用于大范围的区域,地表温度降尺度结果都能取得较好的精度。     

浅析遥感解译在纳保扎龙矿调中的方法及应用

纳保扎陇—雀莫错战略性矿产远景调查区复杂的地质构造地貌条件使得实地踏勘工作难度很大,因此在研究中利用遥感影像来进行异常区域的解译。在解译过程中,针对于热液蚀变型矿床引入TM数据的热红外波段和比值分析进行RGB合成的方法。解译结果显示:在藏东特殊的地质成因下,应用热红外波段进行异常解译具有可行性,继而对区域地质矿产预测和矿产资源潜力评价,具有一定的工作指导意义。     

面向高光谱矿物填图的多特征结合降维方法研究

高光谱影像具有图谱合一的特点,图像空间信息是遥感影像的重要信息,但以往基于最佳波段选择的降维方法中只考虑基于灰度统计的特征空间信息,忽视了图像空间信息,而且计算量大。综合高光谱遥感影像的特征空间与图像空间信息,提出了一种多特征结合的高光谱影像降维方法并应用于矿物填图中。统计分析波段相关性并划分不同特征子空间;计算各波段的分形维数,在各子空间选择分形维数较小的波段作为候选波段;在候选波段中,计算待识别地物光谱间的相关系数,并快速选择出最佳波段组合。经实验,应用该方法选出的最佳波段组合影像清晰、不同蚀变矿物对比明显,根据特征选择提取出的矿物蚀变信息与应用成熟的光谱角制图(SAM)提取结果大致相同,表明结合图像空间和特征空间的降维方法能够选择出理想的波段组合,有效降低高光谱数据的维数,信息提取效果好。      

黄河三角洲湿地景观格局动态变化分析

在RS和GIS技术的支持下,以黄河三角洲1986,1996,2006年的三期TM影像为数据源,利用遥感图像处理软件对近代黄河三角洲湿地信息进行了提取.借助于地理信息系统软件和景观生态学软件,我们对20年来黄河三角洲湿地景观格局的动态变化,以及影响其格局动态变化的驱动力进行了分析.结果表明:(1)近20年来,人工湿地面积有了大幅度的增加,而天然湿地的比重在降低.其中,滩涂和柽柳灌草丛景观明显萎缩.(2)一些重要的景观格局指数的计算结果表明,20世纪90年代以来,黄河三角洲湿地景观斑块个数、香农多样性指数、香农均匀度指数一直在增加.黄河三角洲湿地景观的破碎化程度在加剧,斑块类型更加多样化,湿地景观中没有明显的优势类型且各斑块类型在景观中均匀分布.(3)湿地与湿地、湿地与非湿地之间发生着类型转化.其中,18.1%的芦苇草甸转化为农田;26.6%的翅碱蓬草甸转化为盐田;11.9%的芦苇沼泽转化为芦苇草甸.(4)在黄河三角洲湿地演化的过程中,受到自然和人为方面演化驱动力的共同作用.其中,自然因素主要有:黄河断流、泥沙淤积和自身演替动力等.人为驱动力主要为农田开垦、滩涂的开发与围垦、油田开发和人工建筑等.     

不同下垫面DTD模型与TSEB模型比较

双源能量平衡模型（Two Source Energy Balance, TSEB）和双温度差模型（Dual Temperature Difference, DTD）目前已应用于不同的下垫面类型和环境条件下地表蒸散发估算研究,但是由于模型构建理论机理的差异,模型表现会随着下垫面类型和环境条件的变化而有所不同。因此,本研究选取了黑河流域高寒草地、半干旱区灌溉农田以及干旱区河岸林3种下垫面类型地面观测数据,系统分析了DTD模型和TSEB模型的适用性以及主要误差来源。结果表明:① 在瞬时尺度上,DTD模型在高寒草地上估算潜热通量的误差较小,其RMSE为62.00 W/m²,而TSEB模型的RMSE为75.49 W/m²,2个模型的精度会随着植被覆盖度的增加而出现差异;在半干旱区灌溉农田区域,2种模型表现较为一致,但是在干旱区河岸林,2种模型都低估了潜热通量,且模型误差较大;② 在日尺度上,DTD模型和TSEB模型的表现与瞬时尺度表现较为一致,同时2种模型拆分的植被蒸腾比与基于uWUE模型（Water Use Efficiency, uWUE）拆分的结果吻合较好,但DTD模型的表现要优于TSEB模型;③ 相比较DTD模型而言,TSEB模型对地表温度输入误差更为敏感。本研究通过对比DTD模型和TSEB模型在不同下垫面和环境条件的表现,为今后模型优化提供了理论依据。     

Evapotranspiration Estimation Based on MODIS Products and Surface Energy Balance Algorithms for Land （SEBAL） Model in Sanjiang Plain, Northeast China

In this study,the Surface Energy Balance Algorithms for Land(SEBAL) model and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) products from Terra satellite were combined with meteorological data to estimate evapotranspiration(ET) over the Sanjiang Plain,Northeast China.Land cover/land use was classified by using a recursive partitioning and regression tree with MODIS Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) time series data,which were reconstructed based on the Savitzky-Golay filtering approach.The MODIS product Quality Assessment Science Data Sets(QA-SDS) was analyzed and all scenes with valid data covering more than 75% of the Sanjiang Plain were selected for the SEBAL modeling.This provided 12 overpasses during 184-day growing season from May 1st to October 31st,2006.Daily ET estimated by the SEBAL model was misestimaed at the range of-11.29% to 27.57% compared with that measured by Eddy Covariance system(10.52% on average).The validation results show that seasonal ET from the SEBAL model is comparable to that from ground observation within 8.86% of deviation.Our results reveal that the time series daily ET of different land cover/use increases from vegetation on-going until June or July and then decreases as vegetation senesced.Seasonal ET is lower in dry farmland(average(Ave):491 mm) and paddy field(Ave:522 mm) and increases in wetlands to more than 586 mm.As expected,higher seasonal ET values are observed for the Xingkai Lake in the southeastern part of the Sanjiang Plain(Ave:823 mm),broadleaf forest(Ave:666 mm) and mixed wood(Ave:622 mm) in the southern/western Sanjiang Plain.The ET estimation with SEBAL using MODIS products can provide decision support for operational water management issues.     

黄河三角洲人类干扰活动强度变化及其景观格局响应

本研究以湿地变化较为剧烈的黄河三角洲为研究对象,基于RS技术和GIS空间分析方法,利用人为干扰度模型,结合区域人工沟渠建设情况,从区域和局地两个尺度直观揭示人类干扰强度时空分异特征,并探究区域景观格局对人类干扰活动的响应,以期为黄河三角洲滨海湿地生态保护与人类活动调控提供决策支持。结果表明：① 1995-2015年现代黄河三角洲区域人为干扰度和人工沟渠密度均明显增加,空间分布呈现从西南部向东部、北部,自内陆向沿海的扩展趋势;② 随着人类活动强度增强,研究区自然湿地面积减少,区域景观多样性和空间异质性增加,景观整体连通性减弱,景观复杂性降低;③ 景观格局对人类干扰强度变化的响应关系呈现出地区和时间差异;人类干扰活动强度相对较低的保护区受人工沟渠建设的影响,也呈现出斑块团聚程度降低、景观多样性增加和景观复杂性降低的变化趋势;④ 人为干扰度指数和人工沟渠密度指标互为补充,互相印证,可以较为全面、客观地反映黄河三角洲地区人类干扰活动强度。     

基于组件技术的地表蒸散发遥感监测系统设计与应用

针对遥感模型与水热模型集成应用的需求,以C#语言结合ENVI/IDL和ArcGIS Engine混合编程技术,设计开发了地表蒸散发遥感监测系统的基本流程,对系统数据库设计及遥感模型与水热模型集成模式进行了研究,研发了单元蒸散发参数反演与结果校验功能,实现了遥感模型与水热模型的集成应用.系统对黄河三花间流域以MODIS遥...     

Estimation of regional evapotranspiration in alpine area and its response to land use change: A case study in Three-River Headwaters region of Qinghai-Tibet Plateau, China

Three-River Headwaters(TRH) region involved in this paper refers to the source region of the Changjiang(Yangtze) River,the Huanghe(Yellow) River and the Lancang River in China.Taking the TRH region of the Qinghai-Tibet Plateau as a case,the annual evapotranspiration(ET) model developed by Zhang et al.(2001) was applied to evaluate mean annual ET in the alpine area,and the response of annual ET to land use change was analyzed.The plant-available water coefficient(w) of Zhang’s model was revised by using vegetation-temperature condition index(VTCI) before annual ET was calculated in alpine area.The future land use scenario,an input of ET model,was spatially simulated by using the conversion of land use and its effects at small regional extent(CLUE-S) to study the response of ET to land use change.Results show that the relative errors between the simulated ET and that calculated by using water balance equation were 3.81% and the index of agreement was 0.69.This indicates that Zhang’s ET model based on revised plant-available water coefficient is a scientific and practical tool to estimate the annual ET in the alpine area.The annual ET in 2000 in the study area was 221.2 mm,11.6 mm more than that in 1980.Average annual ET decreased from southeast to northwest,but the change of annual ET between 1980 and 2000 increased from southeast to northwest.As a vast and sparsely populated area,the population in the TRH region was extremely unbalanced and land use change was concentrated in very small regions.Thus,land use change had little effect on total annual ET in the study area but a great impact on its spatial distribution,and the effect of land use change on ET decreased with increasing precipitation.ET was most sensitive to the interconversion between forest and unused land,and was least sensitive to the interconversion between cropland and low-covered grassland.     

黄河三角洲土地生产潜力的GIS评价

黄河三角洲可持续发展信息系统数据库的支持下,以黄河三角洲为实验区,考虑影响土地生产力水平的多种因素,确定合理的数学模型,进行土地景观单元的土地生产潜力定量化评价计算。同时,分析了黄河三角洲土地生产潜力的数值分布和空间分布特征以及分级统计和制图,并提出了提高黄河三角洲土地生产潜力的相应建议。     

黄河三角洲景观格局变化及生态风险评价

黄河三角洲具有极高的生态价值,研究其景观格局及生态风险对促进黄河三角洲高质量发展具有重要意义。本文以黄河三角洲1980年、2000年和2020年土地利用数据为基础,分析土地转移及景观格局特征,同时构建生态风险评价模型揭示生态风险时空演变及空间相关性。结果表明：(1)耕地是黄河三角洲最主要的地类,占比在60%以上,1980—2020年土地转移主要发生在耕地、建设用地、水域和未利用地之间。(2)1980—2020年黄河三角洲景观斑块数、景观斑块密度、景观最大斑块指数、景观形状指数和香农多样性指数均呈下降趋势,区域整体趋向简单化和聚集化。(3)黄河三角洲高风险区和较高风险区主要环渤海分布,1980—2020年各级风险区转出最大面积均为更低级风险区,生态风险有所降低。     

基于MOD16产品的我国2001-2010年蒸散发时空格局变化分析

蒸散发的时空格局分析对理解气候变化与水资源之间的相互影响具有重要的作用。本文基于MODIS全球蒸散发产品(MOD16),分析了2001-2010年我国陆面蒸散发的时空格局变化,得出以下结论：(1)站点尺度和流域尺度的精度验证结果表明,MOD16产品对于我国森林、农田生态系统类型,以及辽河、海河、黄河和淮河流域的模拟精度较高;(2)2001-2010年,我国年均蒸散发为532±10 mm,年内蒸散值变化最大的是东北区,月均蒸散变异系数为0.87,而西北区变化幅度最小,变异系数为0.19;(3)2001-2010年,我国陆面蒸散发年际变化总的趋势不明显,占陆地面积11.2%区域的蒸散发呈显著减少趋势(p<0.05),主要分布在青藏高原中部,内蒙古中东部地区及新疆北部,只有2.3%的区域的蒸散发增加趋势显著,(p<0.05),主要分布在黄土高原地区、黄淮海平原及东北平原;(4)通过对比干旱指数变化趋势、植被指数变化趋势图可以看出,蒸散发显著减少的区域主要分布于干旱加剧的半干旱地区,而蒸散发显著增加的区域主要位于植被变好的地区。     

Validation of Global Evapotranspiration Product (MOD16) Using Flux Tower Data from Panjin Coastal Wetland,Northeast China

Recent advances in remote sensing technology and methods have resulted in the development of an evapotranspiration(ET) product from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MOD16). The accuracy of this product however has not been tested for coastal wetland ecosystems. The objective of this study therefore is to validate the MOD16 ET product using data from one eddy covariance flux tower situated in the Panjin coastal wetland ecosystem within the Liaohe River Delta, Northeast China. Cumulative ET data over an eight-day period in 2005 from the flux tower was calculated to coincide with the MOD16 products across the same period. Results showed that data from the flux tower were inconsistent with that gained form the MOD16 ET. In general, results from Panjin showed that there was an underestimation of MOD16 ET in the spring and fall, with Biases of -2.27 and -3.53 mm/8 d, respectively(–40.58% and -49.13% of the observed mean). Results for Bias during the summer had a range of 1.77 mm/8 d(7.82% of the observed mean), indicating an overestimation of MOD16 ET. According to the RMSE, summer(6.14 mm/8 d) achieved the lowest value, indicating low accuracy of the MOD16 ET product. However, RMSE(2.09 mm/8 d) in spring was the same as that in the fall. Relationship between ET and its relevant meteorological parameters were analyzed. Results indicated a very good relationship between surface air temperature and ET. Meanwhile a significant relationship between wind speed and ET also existed. The inconsistent comparison of MOD16 and flux tower-based ET are mainly attributed to the parameterization of the Penman-Monteith model, flux tower measurement errors, and flux tower footprint vs. MODIS pixels.