土壤蒸发和植被蒸腾遥感估算与验证

地表蒸散发是土壤—植被—大气系统中能量和水循环的重要环节,它包括土壤、水体和植被表面的蒸发,以及植被蒸腾。随着地表参数多源遥感产品的快速发展,利用不同地表参数遥感产品估算地表蒸散发以及其组分土壤蒸发和植被蒸腾成为日常监测越来越便利,监测尺度已从单站扩展到田块、区域乃至全球。目前地表蒸散发双层遥感估算模型按照建模机理的不同可分为:系列模型、平行模型、基于特征空间的模型、结合传统方法的模型以及数据同化方法。本文从模型构建物理机制、模型驱动数据以及模型输出结果验证等方面总结了上述模型的发展历史和现状,并指出在模型结构与参数化方案的优化、高分辨率模型驱动数据的发展、土壤蒸发和植被蒸腾像元尺度"地面真值"的获取等方面都仍需进一步完善。     

基于MODIS产品影像及陆面能量平衡系统(SEBS)的河北平原区域蒸散估算

地表蒸散是区域水文循环的重要组成部分之一,传统的地表蒸散估算一般基于点上的气象观测数据,当用于区域地表蒸散评价时,具有一定的局限性.随着遥感技术的发展,利用遥感影像能够对大区域进行观测的优势进行区域地表蒸散估算已成为可能.地表能量平衡系统(SEBS)是根据地表能量平衡估算地表蒸散量的一种方法,该方法由于提出了地表能量传输过程中关键制约因素热传导粗糙度的估算模型而在遥感蒸散计算方面具有较高的精度.本文在SEBS模型的基础上,以河北平原为例,采取中分辨率成像光谱辐射仪(MODIS)产品影像,根据研究区下垫面的实际情况进行了参数估算,进行了区域实际蒸发蒸腾量计算及模型精确度评价,并在SEBS模型的基础上,提出了新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行了评价;最后,对河北平原地表蒸散时空分布进行了分析.计算结果表明,在所选取的晴空乌云条件下,根据SEBS模型计算所得的地表蒸散与研究区内利用大型承重式蒸渗仪所测量的地表实际蒸散量具有很好的一致性,说明SEBS模型在遥感蒸散计算方面据有较高的可信度.然而,由于地表蒸散的遥感估算是以所获取的遥感影像单元为基础,计算误差不可避免,尤其是使用低分辨率遥感影像的时候,每个影像单元所反映的地表蒸散为单元内各种地表覆盖的综合反映,当与只反映一种地表覆盖蒸散的大型承重式蒸渗仪测量结果进行比较时,误差是显而易见的,因此,若着重考虑模型精度验证,尚需在以后的研究中考虑使用高分辨率的遥感影像.地表土壤水分或湿度状况是地表能量交换及蒸散发生的主要控制因素.利用地表温度与植被指数的关系对区域地表湿度状况进行监测在实践中被广泛利用,然而,由于不用地区地表属性的千差万别,当利用这种方法进行区域地表湿度评价时,"地表温度-植被指数"特征空间的边界很难确定.本文在SEBS模型的基础上,提出新的"标准化温度差-反照率"特征空间分析方法,对研究区内地表土壤水分现状进行评价,结果显示,由于在SEBS模型中考虑了干限和湿限两种极端情况下的能量平衡,"标准化温度差.反照率"特征空间的边界问题很容易被确定,利用修正的特征空间,可以对区域土壤水分或湿度状况进行客观的评价.下垫面的几何特征参数的精确反演是进行地表能量平衡模拟的基础,目前多根据有关经验公式利用遥感影像进行下垫面几何特征参数估算,由于已有的经验公式多基于不同研究区域获得,当应用到新的研究区时,其具体参数需要进一步调整,以获得对下垫面的几何特征的精确描述.由于缺乏相关实测资料,本研究中利用经验公式进行下垫面几何特征参数,误差不可避免,需要在以后的研究中进行深入探索.另外,地表蒸散的计算只是进行区域水资源评价、农业节水措施评价以及全球变化等研究的一个中间环节,需要在以后的研究中根据具体研究目的进行进一步研究.     

石羊河流域蒸散发量遥感估算及时空格局分析

根据能量平衡原理,采用MODIS图像数据反演石羊河流域的地表蒸散发(Evapotranspiration,ET),对石羊河流域1月、4月、7月和10月的日均ET进行了估算(1月的日ET为0.15～7.21 mm,4月的日ET为0.89～7.86 mm,7月的日ET为0.12 ～9.08 mm,10月的日ET为0.54～...     

遥感估算伊洛河流域地表蒸散的空间尺度转换

针对低分辨率遥感数据在区域地表蒸散(evapotranspiration,ET)估算中存在的空间尺度效应问题,提出一种基于网格面积比例加权聚合(grid area ratio weighting lumped method,GARWLM)的空间尺度转换方法。通过在网格(1km×1km)内部基于各种地表覆盖类型所占面积比例,分别赋予相应权重,建立高分辨率遥感数据向低分辨率遥感数据的尺度转换模型,实现了由高分辨率数据估算的ET向低分辨率数据估算的ET的空间尺度转换,并通过回归对低分辨率数据估算的ET进行了尺度效应纠正。在伊洛河流域的试验结果表明,估算的ET与地面实测数据的平均相对误差由纠正前的23.5%减小到纠正后的12%,与高分辨率估算结果的相关性分别由纠正前的0.339提高到纠正后的0.604,经过尺度纠正后的ET精度有了很大程度的提高。     

区域蒸散发量的遥感模型方法研究

蒸散是水资源管理的一个重要参数。与传统的蒸散计算方法相比,利用遥感进行蒸散研究具有快速、准确、大区域尺度及地图可视化显示等特点。本文通过研究,提出了基于能量平衡方法遥感反演蒸散发的计算模型,指出了模型参数的求解方法,建立了基于MOD IS遥感数据的大区域蒸散发遥感反演技术方法。通过对石羊河流域进行试验,反演误差基本小于10%,并且具有进一步推广的技术前景。     

江苏滨海湿地土地利用/覆盖变化与地表温度响应遥感监测

以Landsat TM/ETM+图像为主要数据源,提取了江苏省盐城滨海湿地土地利用/覆盖信息;基于单窗算法反演了地表温度,综合分析了1992—2009年间湿地土地利用/覆盖变化(LUCC)及其对地表温度的影响。结果表明:在1992—2009年的17 a间,江苏省滨海湿地最主要的LUCC类型是人类主导型,且以自然类型向人工类型转化最为显著;互花米草、碱蓬和芦苇等自然景观总面积减少了385.52 km2,养殖场、盐田及建筑用地等人工景观总面积增加了376.97 km2;人为干扰是湿地LUCC最主要的驱动因素。在LUCC的影响下,湿地地表温度也有显著波动,多数湿地类型都有不同层次的升温。     

基于机载MASTER数据的果园叶面积指数遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述植被冠层结构的重要参数,准确获取果树的LAI对果树长势监测和果树估产均有重要作用。以美国加州中部的果园为研究区,基于沿太阳主平面飞行成像的机载MODIS/ASTER模拟传感器(MODIS/ASTER airborne simulator,MASTER)数据,利用实测LAI数据与归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、归一化差值红外指数(normalized difference infrared index,NDII)和归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)分别建立回归模型,并选取NDWI进行研究区LAI的反演。结果表明:由于地物的二向性反射,垂直太阳主平面飞行获取的遥感数据具有明显的亮度梯度现象,而沿太阳主平面飞行获取的遥感数据几乎不受亮度梯度的影响;NDVI在高植被覆盖区容易达到饱和,而NDWI比NDVI和NDII具有更高的拟合度和更小的均方根误差,更加适合研究区LAI的遥感反演;该研究结果可以丰富LAI反演理论,也可以为研究LAI尺度问题提供理论和数据支持。     

城市不透水面及地表温度的遥感估算

基于植被-不透水面-土壤模型和全约束最小二乘法混合像元分解模型,从探索城市热岛效应和城市不透水面关系出发,利用TM数据对北京市海淀区的城市不透水面丰度和地表温度进行估算,并在此基础上对二者之间的相关性进行定性分析和定量评价。研究表明:城市不透水面的空间分布和变化趋势与地表温度之间存在明显的一致性,二者相关系数达到0.752 5,这说明城市不透水面信息可以很好地反映城市热环境的空间分布状况。     

基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间的地表蒸散发遥感反演综述

地表蒸散发是地表水分循环和能量平衡的重要组成成分,其准确估算对农业灌溉与干旱监测、水资源管理、气候变化预估等研究至关重要.基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间开展地表蒸散发遥感反演及土壤蒸发/植被蒸腾分离是地表蒸散发定量遥感研究的国际热点与前沿课题之一.本文全面、系统、深入地综述了地表温度—植被指数三角/梯形空间反...     

顾及城乡差异的大区域人口密度估算——以山东省为例

现有大区域人口密度估算结果大多是在千米级尺度上,仅能宏观地反映城乡人口分布的范围,无法准确地刻画城乡人口空间分布的细节特征。本文将首套30m全球地表覆盖数据(GlobeLand30)引入城乡人口密度估算中,基于实现城乡划分的GlobeLand30人造地表数据,在城镇区域运用夜间灯光强度与人口的相关性将城镇人口细划到30m尺度上来估算城镇人口密度;在乡村区域引入样方估算的方法修正乡村居民地面积以估算乡村人口密度。以山东省为试验区的研究表明,本文方法无论在城乡居民地刻画还是人口空间分布的表达上均优于参考数据,所使用的GlobeLand30的全球性也保证了该方法推广的可行性。     

北京城市不透水层覆盖度遥感估算

 应用线性光谱混合模型研究城市环境生物物理组成，端元的确定是其关键。城市地表同物异谱现象显著，光谱变异强烈，对于高反照率地物尤其突出。端元的光谱变异对线性光谱混合模型拟合结果产生重要影响。以同种纯净地物光谱曲线形状具有相似性为出发点，提出了一种端元优化选取方法，在此基础上计算了北京城市地表不透水层覆盖度。研究结果表明，该方法能够在一定程度上减小端元光谱变异性对线性光谱混合模型拟合结果的影响，进而提高城市不透水层覆盖度的估算精度。     

基于遥感和GIS的三江平原农业景观空间格局与土地利用变化研究

 在遥感和GIS技术支持下，运用景观生态学的基本理论与方法，结合土地利用/土地覆被变化特征，通过分析景观类型的斑 块大小、数量与形状特征以及主要景观要素间的转化关系，定量反映了1996~2000年三江平原景观数量结构与空间格局的变化。研 究表明，该时期人类活动的强度较大，耕地面积显著增加和林地、沼泽湿地面积逐渐减少相对应，林地、草地和沼泽湿地向较分散 小块分布发展，景观整体呈现破碎化的趋势。     

基于MODIS的鄱阳湖区水体水灾遥感影像图制作

 提出了利用空间分辨率为250 m的MODIS影像第1、2波段数据制作水体遥感影像图、水体变化遥感影像图和水灾遥感影像图的方法。对鄱阳湖区的遥感影像图制作实例表明，该方法不仅具有快速、简便和易于操作等优点，还能有效保留MODIS的空间分辨率，较清晰地识别水体和洪水，可用于水灾的遥感动态监测与制图。     

黄河银川平原段河道演变的遥感监测与研究

 在遥感调查和监测的基础上，结合第四纪地质资料，对黄河银川平原段的河道演变过程进行了系统研究，对主要的河流改道原因进行了分析。研究表明： 黄河银川平原段在早更新世初期形成，此后，自西向东不断迁移； 在中晚更新世发展壮大，到全新世形成了银川平原的主体，并留下了明显的古河道遗迹； 到了现代，河道逐步变窄，向东迁移的趋势未变且速度依然很快。     

基于刃边法与正则化方法的遥感影像复原

提出了一种基于刃边法PSF估计和保边缘正则化方法的遥感影像复原方法,利用刃边法,建立正则化复原模型,以及最速下降法进行复原,实现了优于传统的维纳滤波、约束最小平方等方法的复原效果。     

遥感在三江平原土地资源开发、管理及保护中的应用潜力

三江平原土地辽阔、资源丰富,是我国重要的商品粮基地。改革开放以来,特别是近十年来,这里的土地大面积被开垦,土地利用状况发生了很大变化。本文主要介绍用遥感方法监测该区土地利用近十年来的变化情况及其对环境的影响。     

基于遥感分析的城市土地定级技术研究——以武汉市为例

在城镇土地定级方法中引入遥感数据分析,提出了应用遥感数据量化定级因子,实现土地定级快速更新的可行方案。以武汉市为例,利用MODIS植被指数和陆表温度产品,准确量化环境因子对定级单元的作用,快速更新武汉市土地定级成果,缩短了更新时间,提高了工作效率,优化了更新成果。     

基于多尺度分割算法的湿地干扰格局研究

以三江平原具有典型湿地特征的建三江区为例,首先采用不同时间段归一化植被指数（NDVI）差值的变化监测人类活动改变的土地利用变化程度,然后结合遥感图像多尺度分割法,分析湿地系统的8种类型空间干扰格局,计算干扰度（PD）、干扰邻近度（PDD）及二者的相关性。结果表明：研究区土地利用类型变化对多尺度干扰格局的分布有明显影响,耕地、草地和沼泽地总干扰率较高,变化频繁;水域、林地和沼泽在干扰类型C1、C2中分布较广,但干扰值低,面积小;耕地分别占干扰类型C7、C8的74.38%和61.76%,干扰值高且面积大,说明耕地是建三江区湿地系统的主要干扰源。干扰邻近度说明干扰在一定尺度上发生,当干扰度PD＆lt;0.4或PD＆gt;0.7,且干扰邻近度PDD＆gt;PD时,干扰对周边土地类型必定产生影响。本研究为湿地生态系统脆弱性和恢复力的评价提供有效的生态特征指标。     

基于MODIS数据的内蒙古草地植被退化动态监测研究

以内蒙古自治区为研究区,利用卫星遥感、GIS和GPS技术,在实地调查和样方测定的基础上,选用群种自然生殖枝高度、草地植被覆盖度和草地生物量3个评价指标,并将其加权综合得到草地植被退化指数(GDI).将GDI与提取的各种植被指数进行相关分析,选出最能反映草地退化趋势且与植被退化指数线性拟合最好的植被指数--修正的土壤调节植被指数(MSAVI).采用线性回归方法建立草地植被退化的遥感监测模型,分析了研究区2002年~2006年草地植被退化的时空分布规律和变化趋势.研究表明,与2002年相比,2006年内蒙古地区草地植被退化状况呈现整体改善、局部恶化的情况.     

夏季城市热场的卫星遥感分析

利用1998年8月4日上海幅TM6图像,经定位、配准、纠正、图像处理、噪声剔除、亮温标定及特征提取等步骤,得出上海市亮温分布场,同时对其热力景观、细部结构及其成因做了分析。实践证明,TM6图像可作为城市热环境质量评价、生态城市规划的背景资料和依据。