基于MODIS晴空数据的森林日净第一性生产力估算

基于光能利用率模型提出了一个基于MODIS数据参数反演的日净第一性生产力估算模型. 其中包括基于植被冠层叶面积指数和地表反照率的光合有效辐射比例能量平衡模型, 基于大气气溶胶光学厚度、水汽含量和Bird模型相结合的光合有效辐射计算模型. 日净第一性生产力模型所需的主要参数从MODIS数据反演获得. 为了验证净第一性生产力结果的估算精度, 用中国生态系统研究网络2003和2004年千烟洲和长白山观测站点的日净第一性生产力观测数据和模型估算结果对比, 结果表明两者具有较好的一致性. 同时也将同期NASA的净第一性生产力产品加以对比, 结果表明千烟洲站点上2004年的NASA产品低估了净第一性生产力值, 但长白山站则高估了净第一性生产力结果.     

滦河流域碳、水循环和能量平衡遥感综合试验总体设计

始于20世纪80年代的系列大型遥感试验开始系统研究地表物质和能量交换过程,对遥感与地球系统科学研究的结合起到重要作用,但是尚无综合利用多源遥感数据解决碳、水、能量循环问题的有效方案。遥感科学国家重点实验室于滦河上游地区组织开展基础性、多学科、多尺度的"碳、水循环和能量平衡遥感综合试验"。本次试验面向地球系统科学对遥感观测的最新要求,以遥感如何服务地—气过程研究为关键科学问题,开展星—机—地多尺度遥感综合观测和地面测量,论证中国自主设计的碳、水、能量相关卫星的技术指标,基于大场景真实结构模拟和多尺度综合观测构建虚拟遥感试验场,验证全波段遥感机理模型和复杂地表辐射传输机理。核心试验区位于地势较为平坦的闪电河流域和地形复杂的小滦河流域。闪电河流域主要地类为农田和草地,开展的试验以水循环和能量平衡遥感综合观测为主。小滦河流域主要地类为森林和草地,以碳循环遥感综合观测为主。两个试验区都开展了系统性的多架次飞行试验,并同步开展地面全波段、主被动协同观测。特别设计了一次长达165 km的大跨度飞行试验,横跨两个试验区,包含了地表类型和海拔高度的逐渐过渡。从2017年的预实验开始,整个试验为期5年。基于科学目标驱动、开放、协作、共享的原则,本次试验吸引了10个大型国家科研项目,4个卫星计划团队,19家单位200人次参加,是中国主导的又一次具有明确科学目标的大型多学科交叉遥感综合试验。     

利用AIRS产品分析中国地区近地面甲烷浓度时空特性

甲烷(CH4)作为仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体,不仅在全球和区域尺度光化学反应中起着重要作用,而且在能量收支平衡及气候变化方面有着重要的影响。2013年,Auqa/EOS的大气红外探测仪(AIRS)热红外近地表CH4产品在AIRS Version6.0产品中发布,其结果尚未在中国进行验证,利用热红外传感器分析中国近地表CH4浓度的时空分布还处于初始阶段。本文利用中国青海瓦里关(WLG)、中国台湾鹿林山(LLN)及蒙古乌兰乌勒(UUM)地基观测资料对AIRS V6.0近地面CH4浓度产品进行了验证,误差在2%以内,二者相关系数r分别为0.68、0.5、0.69,变化趋势一致,进而从地域、季节变化和年际变化3个方面探讨了2003年—2013年中国地区近地面CH4浓度的时空分布特征。结果表明:CH4浓度最低值位于西藏地区(1800 ppbv),高值区位于新疆维吾尔自治区北部、内蒙古自治区及黑龙江北部(1920 ppbv);夏季高,冬季低,季节性变化明显,年际变化基本上呈增长趋势。     

大气颗粒物遥感研究进展

大气污染已成为全球性的环境污染问题之一,PM2.5和PM10已成为当前大气遥感研究的热点,以京沪穗为代表的特大城市更成为相关研究的重要焦点。通过对国内外相关文献的分析,以广州为例描述了地面站点监测的现状和不足,指出PM2.5遥感的关键问题为区域尺度气溶胶光学厚度垂直订正和区域尺度近地面消光系数湿度效应校正研究;通过空气质量模式系统进行相关研究,是包括PM2.5在内的大气颗粒物遥感的重要途径之一。     

基于均值-标准差的K均值初始聚类中心选取算法

遥感图像分类是遥感图像处理中长期存在的一个难题，针对不同的传感器图像，不同的应用需求，选择合适的分类算法非常重要。在分类中不仅要考虑分类的精度，而且要考虑分类效率。本文研究了K均值算法的初始聚类中心的选择对算法本身聚类精度及效率的影响，提出了一种高效高精度的初始聚类中心选取方案，实验结果表明。利用该算法进行地表分类，效率比ENVI的K-Means（K均值）模块高。     

MODIS和OMI数据评估阅兵期间北京市大气减排成效

卫星观测不仅能反映区域宏观大气污染状况,也能从城市尺度上监测大气污染物的变化。基于以上优势,本文利用MODIS气溶胶光学厚度(AOD)和OMI对流层NO_2垂直柱浓度数据,比较2015年与2012年—2014年以及2015年3个时期(减排前、减排中、减排后)AOD和NO_2柱浓度的变化,定性分析了阅兵期间华北平原地区污染物减排效果,重点定量评估北京市联控减排措施的效果。研究发现2015年减排中华北平原重污染地区AOD和NO_2柱浓度相比于前3年同期有明显降低。定量分析北京市的减排效果得到:2015年减排中较前3年同期而言,AOD降低59%,NO_2柱浓度降低41%;较2015年减排前而言,AOD降低73%,NO_2柱浓度降低30%,去除气象条件影响后,AOD下降43%,NO_2柱浓度下降21%,说明严格的联控减排措施有效地改善了空气质量,气象条件也起到积极的作用。减排措施结束后,AOD和NO_2柱浓度比减排中分别增加159%和71%。研究结果表明,卫星遥感与地基监测评估效果相当,能反映北京地面污染物排放能力;它既能观测区域尺度大气污染变化,又可评估城市尺度大气污染减排。随着卫星技术水平的提高,期望未来卫星遥感可作为一种独立手段来定量评估区域及城市尺度空气质量减排措施的效果。     

热红外遥感中大气下行辐射效应的一种近似计算与误差估计

在热红外遥感中,大气下行辐射效应很难处理,原因是地表双向反射分布函数很难精确描述。因此常见的处理方法是在如下２ 个假设前提下对该项作做简化计算： 一是假设地表反射为朗伯体特性,二是大气下行辐射在半球空间内取常数。该文提出了一种在地表为非朗伯体、大气下行辐射为非各向同性等一般条件下近似计算大气下行辐射效应的方法。通过数值模拟表明：（１） 所采用的方法可以在放弃２ 个假设的前提下,更精确地计算热红外大气下行辐射效应的数值,计算精度比２ 个假设前提下的计算方法至少提高２０ ．５３ ％ ;（２） 该方法所带来的误差是大气模式、遥感器视角和通道的函数。其中,通道４ 的相对误差比通道５大,同一通道中模式５ 的相对误差最大,但最大可能相对误差不到８ ％ ,且随扫描角的增大而减小;（３） 大气下行辐射效应项占总辐射亮度值之比例在±３０°视角范围内一般不超过４ ％ 。     

短波红外CO2反演过程约束研究及初步反演结果

短波红外通道卫星CO2遥感是近年国际研究热点。首先,开展了卫星观测对气溶胶及大气温度的敏感性研究;其次,针对基于最优化理论的非线性迭代反演方法反演过程中的不收敛问题,提出了修正的阻尼牛顿方法(MDNM),并利用模拟数据评估了MDNM方法的有效性;最后,利用GOSAT卫星数据反演CO2的垂直混合比浓度,并与地基TCCON站点数进行比对。研究结果表明:短波近红外CO2卫星遥感受气溶胶散射及温度影响明显;通过地基比对初步验证了MDNM具有良好的精度,两者的相关性R2达到了0.729。     

卫星数据和地面观测结合的珠三角地区颗粒物质量浓度统计估算方法

利用卫星观测的气溶胶光学厚度资料和模式模拟数据,与地面颗粒物观测资料结合,探讨近地面颗粒物质量浓度的估算方法。具体包括：利用区域气侯模式RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模拟的边界层高度对气溶胶光学厚度进行垂直订正,获得近地面颗粒物消光系数;利用模式模拟的相对湿度和颗粒物吸湿增长经验模型对消光系数进行湿度订正,获得近地面颗粒物干消光系数;并基于干消光系数与颗粒物质量浓度地面站点资料建立的统计关系估算获得每个像元的颗粒物质量浓度。利用地面站点观测的颗粒物浓度资料验证表明,基于卫星资料可以获得近地面颗粒物质量浓度,而且细颗粒物质量浓度具有更好的估算精度。     

亚毫米波临边探测发展现状

临边探测为中、高层大气探测,主要针对海拔约10—100 km的大气层进行观测,与垂直观测相比,具有更高的垂直分辨率。亚毫米波（0.1—1.0 mm或300 GHz—3 THz）临边探测对臭氧层的大气环保监控具有特殊的意义。本文分析比较了Odin/SMR、EOS AURA/MLS、JEM/SMILES、MASTER与SOPRANO这5个亚毫米波临边探测仪的特性,并介绍了亚毫米波临边探测大气反演系统中的正向模型与反向模型。亚毫米波临边探测器具有较高的光谱分辨率及较宽的波段宽度,其光谱分辨率能达到1 MHz甚至1 MHz以下,波段宽度能达到几个GHz。另外,大气中的许多分子在亚毫米波波段有特征吸收线,可以反演许多痕量气体垂直廓线。在亚毫米波临边探测下,可以获得氯族成分及BrO的廓线数据。HCl、ClO等氯族成分的反演误差可以小于10%,但BrO的反演误差达50%以上。亚毫米波临边探测的正向模型需要考虑云的多次散射;5个亚毫米波临边探测器的反演算法均采用基于高斯-牛顿或Levenberg-Marquardt迭代的最优反演算法。