基于不同卫星光谱模拟的土壤电导率估算研究

土壤电导率 (Electrical conductivity, EC)是评价土壤盐渍化的重要指标。通过实测新疆艾比湖湿地自然保护区土壤EC及可见光—近红外光谱数据，利用波谱响应技术模拟Landsat 8 OLI、Sentinel 2、Sentinel 3卫星的宽波段数据。构建宽波段模拟数据及其5种预处理后的三维光谱指数 (Three-dimensional spectral index, TDSI)，采用梯度提升回归树算法 (Gradient boosting regression tree, GBRT) 建立3种卫星土壤EC估算模型，并比对加入TDSI后模型精度的变化。结果表明：在不同土壤EC条件下，3种卫星具有相似的光谱趋势，均在红、近红外波段附近反射率较高；TDSI与土壤EC相关性基本均在0.4以上，最大程度保留了与土壤EC敏感度高的红、绿、蓝、近红外、短波红外波段信息；GBRT对于土壤EC估算能力表现突出，3种卫星对土壤EC的最佳预测精度R²分别为0.831、0.847、0.903，在加入TDSI后，R²分别提高至0.835、0.857、0.935，综合分析发现，Sentinel 3对土壤EC估算效果最佳 (R²=0.935，均方根误差RMSE=2.986 mS·cm^-1，赤池信息准则AIC=57.500)。通过利用波谱响应技术结合TDSI深度挖掘波段间的协同信息，采用GBRT验证了不同卫星对土壤R²的估算效果，二者相结合可以有效提升模型预测精度，为干旱区土壤盐渍化定量监测与防控提供有利指导。     

新疆典型盐渍土微波介电特性响应分析与建模

土壤盐渍化对区域经济和生态可持续发展产生负面影响。微波介电常数是微波遥感探测土壤的关键因素,然而介电常数与盐分的关系仍不清晰。为分析盐分类型及含盐量对土壤介电常数的影响,在0.3~20.0 GHz频率下,测量了新疆典型的2种盐渍土类型（硫酸盐-氯化物型： \mathrm{N} {\mathrm{a}}_2 \mathrm{S} {\mathrm{O}}_4 - \mathrm{N} \mathrm{a} \mathrm{C} \mathrm{l};氯化物-硫酸盐型： \mathrm{N} \mathrm{a} \mathrm{C} \mathrm{l} - \mathrm{N} {\mathrm{a}}_2 \mathrm{S} {\mathrm{O}}_4）的介电常数,探讨含水量、含盐量、盐分类型及质地对土壤介电特性的影响。结果表明：（1） 含盐量对湿润土壤、干燥粉壤土的复介电常数实部（ \epsilon \mathrm{\text{'}}）和虚部（ \epsilon ″）均产生影响。（2） 对于同等级的2种湿润盐渍土在0.3 GHz频率下,整体上 \epsilon {″}_{\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4-\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}> \epsilon {″}_{\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4}。（3） 虚部的电模量（ M ″）与含盐量的关系更紧密,且0.3~5.0 GHz是重要的频率范围。研究结果可为复杂下垫面下土壤盐渍化的微波遥感监测提供科学支持。     

1960—2017年艾比湖流域实际蒸散量与气象要素的变化特征

传统估算蒸散发的方法大都基于局地尺度,而在生态水文发生剧烈变化的资料稀缺流域背景下,充分考虑流域下垫面的空间变异性的陆面过程模型为流域长时序、大尺度及连续模拟实际蒸散量提供了新途径。以艾比湖流域为研究区,应用可变下渗能力模型（VIC）模拟1960—2017年艾比湖流域的水文过程,探讨研究区值实际蒸散发量的年、月、日时空变化规律,并运用小波分析方法对5个气象要素及研究区实际蒸散发量的模拟值进行多尺度特征分析,结果表明：① VIC在温泉和博乐的径流纳什效率系数（NSE）分别为0.09和0.23,模拟效果较为满意;VIC实际蒸散量的模拟值与理论计算值,R²达0.80,均方根误差（RMSE）为31.76 mm a^-1,NSE为0.32,模拟效果相对较好;② 时间尺度上,艾比湖流域58 a来年际实际蒸散量呈上升趋势,年均实际蒸散量以1.03 mm a^-1的速率递增;月值和日值蒸散量均呈单峰趋势;且年代际变化中5—7月的实际蒸散量在20世纪90年代和21世纪呈现下降趋势,20世纪70年呈现上升趋势,而其余月份无明显变化;③ 空间分布上,艾比湖流域内实际蒸散发量总体上呈现高海拔及其附近地区蒸散强烈,从春季到夏季,强蒸散区由西北向东南转移,年实际蒸散量空间分布与春夏季分布一致;④ 艾比湖流域实际蒸散发量与各气象要素在时频域中均存在1~4个显著性周期,且在一定尺度的周期上,平均风速、平均温度以及日照时数超前于实际蒸散量变化,而年降水量和相对湿度滞后于实际蒸散量变化,受降水影响实际蒸散发1965年和2003年发生1 a周期的“强—弱”转换,受相对湿度影响实际蒸散量在1965年和2008年发生2~4.5 a周期的“强—弱”转换。     

低空遥感结合卫星影像的河道流量反演

中小型河流的径流量精准监测对干旱区生态稳定具有重要意义。然而中小型河流流量遥感精准反演存在困难。以新疆尼勒克县境内的喀什河种峰场河段为例,基于关系拟合法,依据实测水文数据、无人机数据和卫星数据,构建河宽、水深与流量之间幂函数关系模型,并利用卫星数据的时序性,反演监测河段24次不同时期的径流量。反演结果表明：当径流量为0～50 m³·s^-1和50～100 m³·s^-1时,基于河宽的水力几何形态径流量反演效果最优,均方根误差(RMSE)分别为7.15 m³·s^-1和2.81 m³·s^-1;当径流量为100～200 m³·s^-1和>200 m³·s^-1时,基于水深和河宽的水力几何形态径流量反演效果最佳,RMSE分别为13.37 m³·s^-1和1.06 m³·s<...     

MODIS MAIAC高分辨率气溶胶光学厚度产品在干旱区的适用性研究

多角度大气校正MAIAC(Multiangle Implementation of Atmospheric Correction)是一种新的获取高分辨率气溶胶光学厚度AOD(Aerosol Optical Depth)的通用算法，其空间分辨率高达1 km，在改善陆地暗表面和亮表面AOD反演方面具有很大潜力，但在资料稀缺的干旱区的适用性尚不可知。基于此，利用2000年—2019年AERONET气溶胶站点观测数据，对干旱背景下的MAIAC AOD开展适用性评价。结果表明：大量的MAIAC和AERONET AOD匹配显示了MAIAC AOD在不同时间尺度和下垫面类型都具有较好的信息表征能力。MAIAC AOD在月、季和年尺度上都具有良好的应用前景，总体效果呈现出较好的适用性（R2=0.821,RMSE=0.117），但存在轻微的低估现象。MAIAC AOD在4种典型地表都具有良好的应用优势，其中草地有效匹配数据最多并呈现高估现象，建筑用地受气溶胶模型影响最大，农田受地表反射率干扰强烈且低估最明显（Below EE=46.5%）。MAIAC AOD双星观测Terra和Aqua准确性较为一致，R...