用多角度遥感数据反演混合像元组分温度的可行性分析

利用多通道信息反演陆面温度的传统方法,由于通道间信息的高度相关使反演结果的精度难以提高,并且无法得到混合像元中的组分温度。文中以非同温混合像元热红外辐射方向性规律为基础,建立了连续植被类型非同温混合像元热红外辐射模型,用蒙特卡罗方法模拟分析了连续植被的组分有效比辐射率与变量的关系。结果表明:连续植被热辐射亮度值是组分温度T_v、T_s,叶面积指数LAI,叶倾角分布LAD,以及单叶面比辐射率ε_v(θ)和土壤表面比辐射率ε_v(θ)的函数。利用先验知识对变量进行分析后表明,6个变量中只有T_v、T_s、LAI、ε_v(0)需要反演。由于多角度间组分辐射亮度的相关性低,从理论上讲只需要4个角度的辐射亮度观测值就可以解出4个未知量而达到反演组分温度的目的。这4个角度数据除选择垂直方向上辐射亮度数据外,应在30°～50°视角范围内选择另外3个热辐射亮度数据。     

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。     

植被遥感的Monte Carlo模拟研究

蒙特卡罗 ( Monte Carlo)方法是一种随机统计方法 ,计算机技术的发展使需要大样本数量的蒙特卡罗方法能在植被遥感中得到应用。本文总结了用蒙特卡罗方法模拟研究植被冠层 BRDF和热点效应的过程 ,并详细地综述了蒙特卡罗模拟研究中需要涉及的描述植被结构的参量 :LAI、LAD、G函数、孔隙率、自由路径和相位函数。     

人为热释放:全球分布的估算及其气候效应的探索

人类生产和生活中大量消费各种形式的能源,除了向大气里排放温室气体和气溶胶外,还释放大量热量。人为热释放伴随着人类社会发展而长期存在,随着全球人口增长和经济发展,其影响效应不断加剧。人为热释放具有典型地域集中、不均匀分布的特征:虽然全球平均人为热释放通量仅约为0.03 W m-2,在人口密集的城市地区,人为热释放可高达每平方米数百瓦,足以影响局地气候。伴随全球经济的发展,人口的增长及城市化进程的加剧,人为热释放分布更集中,影响气候的范围逐步扩大,其对气候的影响能力逐步增强。全球气候模式的结果表明:人为热释放能够对全球大气环流产生影响,进而影响到全球气候变化。人为热释放可以导致全球地表温度增温约0.06 K,500 hPa温度场平均升温约0.04 K,尤其对北半球中高纬度升温效应明显。研究结果表明,人为热释放虽然没有温室气体如二氧化碳等影响因子对全球气候的影响那么显著,但是其仍然能够对全球气候产生影响,是全球气候变化不可忽视的影响因子。     

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。     

珠三角地区长时间序列气溶胶时空变化特征分析

本文通过对2000年—2013年长时间序列的MODIS气溶胶产品进行统计,分析了珠三角地区气溶胶光学厚度(AOD)和细粒子光学厚度(FAOD)的空间分布特征以及年度和季节变化特点,有助于深入研究珠三角地区颗粒物污染水平变化及颗粒物的排放与输送等。研究结果显示珠三角地区中部为AOD高值区,东西两翼地区为AOD低值区。AOD和FAOD的最高值通常分别出现在春季和秋季,最低值则通常都出现在冬季。2006年之后,珠三角地区大气气溶胶总消光虽在部分年份仍有反弹上升的现象出现,但已有明显降低。然而,该地区细粒子消光在2000年—2012年期间则呈逐年增加的趋势,且其空间差异性也越加显著,细颗粒物污染仍需进一步控制。     

利用暗目标法从高分一号卫星16 m相机数据反演气溶胶光学厚度

针对高分一号卫星(GF-1)的16 m宽覆盖相机数据,探讨了暗目标法的应用。首先,利用地面观测的植被光谱数据,结合模拟计算,发现利用红蓝波段线性关系能更好地去除地表影响,而利用反演的气溶胶光学厚度AOD进行大气校正能很好地去除伪暗目标;然后,以天津地区和北京地区为试验区进行了反演试验。结果表明,利用本算法能较好地观测气溶胶分布,与地面观测结果均有较好的相关性(R0.8),但反演结果整体偏高,可能是云像元的影响。误差分析表明,整景图像采用统一的观测天顶角会带来较大误差,最大误差为0.3;绝对辐射定标精度在3%以下,反演精度能控制在10%,城市型气溶胶会对反演带来较大误差。     

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。     

日照时间的地形影响与空间尺度效应

在广泛总结前人研究的基础上,提出了一个改进的、基于DEM数据的、起伏地形条件下的日照时间计算模型,在以往计算模型的基础上引入地球曲率修正因子Q,提高了模型的计算精度。并在此基础上,计算了全国6个典型地貌类型区,在春秋分日、夏至日和冬至日,两个空间分辨率下(500m和1km)地面日照时间的空间分布。应用数理统计、数学模拟和比较分析的研究方法,对模型修正前后计算所得的地面日照时间数据进行了对比分析,并对所得地面日照时间从不同地貌类型和不同空间尺度两个方面进行了地形与空间尺度效应研究。阐明了区域日照时间随地形地貌和空间分辨率变化的规律,对应用中计算地面日照时间的DEM空间分辨率选择具有指导意义。