京津冀地区NDVI变化及气候因子驱动分析

植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。     

广东汛期蒸发皿蒸发量变化趋势及气象影响因子的通径分析

选取广东省86个气象观测站的观测资料,采用气候趋势分析和通径分析方法,对广东省1961～2003年小型蒸发皿蒸发量及其相关气象影响因子进行了分析。结果表明:虽然汛期广东省整体平均蒸发量呈下降趋势,前汛期、后汛期线性倾向率分别为-15.86 mm/10a和-13.79 mm/10a;但变化趋势在广东省内空间分布并不均匀,前汛期、后汛期粤东、中部部分地区分别有16、12个站呈上升趋势;前汛期6种气象因子单独对蒸发的决定程度按大小依次为:日照时数>气温>风速>降水>饱和差>气温日较差,后汛期6种气象因子单独对蒸发的决定程度按大小依次为:日照时数>降水>饱和差>风速>气温>气温日较差,整个汛期日照时数与其它各要素的协同作用对蒸发皿蒸发量的决定作用都很大。日照时数和风速总体上的下降是导致广东省汛期蒸发皿蒸发量逐年减少的重要原因。     

川西高原植被特征及其气候变化的相关分析

利用常规气象资料及NOAA-AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和趋势系数、皮尔逊相关、Morlet小波分析等统计诊断方法,分析了1982年1月-2002年12月川西高原植被和气候因子（气温和降水）的变化特征及其相关关系和周期特征。结果表明：川西高原地区植被覆盖良好,大部分区域植被覆盖增加,局部退化（高原南部和东部）;气温总体呈增加趋势,降水量总体少变,局部有所减少;NDVI与气温和降水有一定相关性,其中与气温的相关性比与降水相关性大;NDVI周期约为5和10年左右,与降水和气温周期相同。川西高原地区植被及气候特征的分析为川西高原旅游和经济的发展规划提供依据,为研究川西高原的生态、气候资源提供参考。     

10年来锡林郭勒盟草原植被长势变化及其影响因子分析

对草原植被长势变化的监测,及其与气候因子关系的分析,对生态环境治理及保护具有重要意义。本文利用250m的MODIS-NDVI数据,构建草原植被长势指数(MGI),分析了16天间隔的植被长势变化及其与降水、气温的相关性和对降水响应的滞后性。得到锡盟3种草原类型区2001-2010年草原长势变化情况,及降水、气温在草原生长不同阶段对草原长势的影响。研究结果表明:(1)在空间上长势东部变化好于中部与西部,北部好于南部;时间上2003年长势最好、2001年长势最差。(2)锡盟内3种草原类型区MGI均与降水关系明显,与气温相关性不显著,降水对温性草原区长势变化的影响最大。(3)在草原生长的不同阶段,影响因子不同,前期与后期主要受气温影响,中期主要受降水影响,草原生长对降水存在明显的滞后,一般在32-48天,同时指出草原植被在不同时间段对降水响应的滞后时间。     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显,受全球增暖的影响,西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951～2000年的21个代表站点气温、降水量资料,采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析,找出各分区的变化趋势。结果表明:近50年西北干旱区气温呈上升趋势(0.22℃/10 a),1986年后气温明显升高;柴达木盆地和新疆北部升温较大;各季都有增温趋势,贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势(3.2 mm/10 a),年降水量贡献最大的是夏季;各区降水都有增加,其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高,中间低;降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

达州市气候变化的特征分析

基于达县测站1961-2007年的地面常规观测资料,主要采用小波分析,结合趋势分析、功率谱分析等方法分析了达州市47年来近地表气温、降水随时间的变化特征.结果表明,达州市近50年来冬季(年平均)地表气温变暖幅度约为0.9℃(0.4℃),增温速率接近0.18℃/10a(0.08℃/10a),低于全球的升温幅度.利用小波分析方法研究冬季气温的周期性发现,达州市的冬季气温存在着明显的8年和50年以上的特征时间尺度和周期性振荡.通过对降水的趋势分析发现,夏季降水的增加幅度比年均显著.小波分析方法结果显示达州市的夏季降水同样存在50年以上的特征时间尺度,但在小尺度上20世纪70年代末前后存在不同的变化特征.     

土地利用和气候变化对海河流域蒸散发时空变化的影响

蒸散发（ET）是水文能量循环和气候系统的关键环节,研究ET的时空变化特征及其响应土地利用和气候变化的驱动机制对于理清流域水资源和气候变化的关系具有重要的意义。本文基于MOD16/ET数据集定量分析了海河流域2000-2014年ET的时空变化特征,并结合时序气温降水数据和土地利用数据,采用相关分析方法定量探索了ET与气候因子的驱动力关系。结果表明：① 海河流域2000-2014年ET表现为较为显著的空间分布格局,呈现出北部和南部高、西北部和中东部低的分布特性。不同土地利用类型的多年ET呈林地>草地>耕地>其他类型的特征;② 2000-2014年海河流域年均ET波动范围为371.96~441.29 mm/a,多年ET的均值为398.69 mm/a,平均相对变化率为-0.41%,整体呈下降趋势;③ 多年月ET与气温和降水均呈单峰型周期性变化趋势,年内月ET呈单峰变化趋势;④ 春秋两季的ET与降水和气温的相关性明显高于其他季节,ET与气温和降水的平均相关系数是-0.17和0.37,表明降水对于ET的响应程度强于气温;⑤ 驱动分区结果表明海河流域ET受气候因子驱动的主要类型是降水驱动型和降水、气温共同驱动型;⑥ 海河流域耕地ET变化气候因子驱动模式主要是降水、气温共同驱动型;林地、草地的驱动模式主要气温驱动型和降水驱动型,其他土地利用类型的驱动模式主要是受其他因素驱动。该研究将对海河流域水资源开发管理和区域气候调节起到科学指导作用。     

高精度曲面建模的中国气候降尺度模型

 与站点统计降尺度插值和动力降尺度相比,高精度曲面建模(HASM)降尺度,具有不需大尺度预报因子,直接从GCM结果构建区域上高空间分辨率的未来气候模拟曲面的优势。HASM降尺度将未来气候,分为历史观测拟合的气候基准值和GCM未来气候变化值进行模拟,精度明显高于传统方法,但常系数全局拟合的气候基准值忽略了降水分布的空间非平稳性,导致降水模拟受到较大影响。为增强降水降尺度的气候背景值的描述能力,通过分析全国尺度降水的非线性非平稳性特点,提出耦合空间变系数气候基准值的HASM空间变系数降尺度模型(HASM-SVDM)以改进HASM对非平稳要素的降尺度能力,并以1961-2010年全国气温降水观测数据结合地形特征信息,利用HASM降尺度方法对HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 3种情景的1961-1990、2010-2039、2040-2069和2070-2099时段的全国未来气温与降水进行降尺度模拟。分析表明,耦合全局线性模型的HASM常系数降尺度模型适合全国气温的降尺度模拟,而耦合空间变系数拟合的HASM-SVDM增强了空间非平稳背景值的描述能力,模拟的空间分布更能体现降水总体的非均匀分布趋势,适合全国降水的降尺度模拟。     

新疆NDVI时空特征及气候变化影响研究

基于新疆50个气象测站2003-2010年逐日降水、气温资料,结合逐月归一化植被覆盖影像资料,利用趋势分析、R/S分析、模糊C均值聚类、图像处理等方法,系统分析了全疆NDVI时空变化特征及其可持续性,并探究NDVI与气候因子（气温、降水）之间的相关性。研究表明：植被覆盖及气象因子年际间差异不大,呈现出整体稳定的态势,但年内变化明显。北疆/天山北坡水热条件优良、植被长势最好,且植被长势对气候因子的滞后效应并不明显且滞后时间短。天山南坡/天山东段次之,而南疆植被覆盖程度最差,南疆/天山南坡植被长势对气候因子（降水、气温）存在明显的滞后效应,植被生长受气温、降水限制性更大,且气温作为主要因子,对天山南坡植被生长的限制作用表现得更为突出。总体上,新疆植被覆盖呈持续性变化,现有植被覆盖情况基本保持不变,但呈退化趋势的面积大于得到改善的面积,在一定程度上与人类活动有很大关系,探查植被长势的变化趋势并及时做出相应调整,不仅能为新疆地区的植被保护以及植被恢复工作提供一定的科学依据,更能够为合理有效地安排农作物生产提供重要的理论指导。     

射洪县近30年区域气候特征分析

利用射洪县近30年来的气温、降水、相对湿度、云量、日照时数等气象要素资料,应用多种统计方法分析了近30年来射洪县的区域气候特征.结果表明,射洪年平均温度在1986年左右发生转折性变化,气温明显变暖.而年降水量总体上以波动变化为主,在20世纪80年代中后期有较为明显的减少.降水量与年平均温度的突变年代类似,但变化趋势正好相反,说明90年代以后射洪的气候向暖干型转变.各气象要素的综合分析表明,随着全球气候变暖,射洪区域气候变化趋势不容乐观:相对湿度的减少导致降水减少,而温度则在进一步上升,低云量的增加和日照时数的减少,使得阴天寡照加剧.射洪区域气候变化与当地诸如人口增长,城市扩大等人类活动,以及农业生态之间均存在密切联系.     

区域优化Peterson模型的气溶胶光学厚度估算分析

气溶胶光学厚度作为描述气溶胶光学特性的重要参数之一, 被广泛应用于空气质量监测及辐射传输模型的大气订正等研究中。卫星遥感可快速反演获取大范围气溶胶信息, 但其产品通常因云覆盖或暗目标算法等原因而存在空间覆盖率较低的问题, 且产品时相受限于卫星过境时间。水平能见度作为描述气溶胶光学特性的另一重要参数, 由分布广泛的气象台站一日8 次固定时间多次发布。建立水平能见度与气溶胶光学厚度的转换关系, 可实现对卫星反演气溶胶光学厚度的有益补充。本文利用2001-2009 年的MODIS气溶胶光学厚度产品与中国华东地区71 个气象台站的水平能见度数据, 对描述两者转换关系的Peterson 模型进行区域优化。采用分区域高斯曲线拟合的方法, 对影响转换精度的主要参数气溶胶标高随时间变化规律开展研究和模拟。利用2010 年数据对优化模型进行精度及区域适用性验证。结果表明, 优化后模型的气溶胶光学厚度估算均方根误差为0.31, 低于原模型误差;精度基本上与单站点优化模型一致, 但在实用性方面优于单站点优化模型。     

一种基于FY3D/MERSI2的AOD遥感反演方法

针对目前国产卫星对气溶胶遥感监测应用较少的情况,本研究综合暗象元和SARA算法优势,基于FY-3D MERSI2数据构建了一套气溶胶光学厚度(Aerial Optical Depth, AOD)快速遥感反演方法。首先,引入了传统暗象元算法中的地表反射率经验关系,然后利用AERONET长时间序列的地基观测数据,构建了红波段和蓝波段气溶胶光学厚度、不对称因子和单次散射率之间的关系,最后利用MOD04和AERONET的AOD产品对研究反演结果进行了验证和评估分析。结果发现：① 本研究反演的AOD不仅保持了与MODIS的气溶胶产品空间分布的一致性,而且合理地呈现了AOD的高值分布,改进了MOD04气溶胶产品在云和亮目标方面反演缺失问题;② 利用AERONET地基观测结果对本研究获取的MERSI2的AOD反演结果进行了对比分析,发现二者具有较高的线性相关性,蓝波段AOD线性相关系数超过0.85;③ 利用MERSI2数据完整地捕捉到了2018年3月9—14日京津冀及周边区域的一次重污染过程中气溶胶时空分布变化情况,这也说明了FY3D卫星具备良好的气溶胶遥感监测能力,为我国灰霾监测和预警提供参考依据。本研究对大力发展国产卫星在大气环境遥感的应用有重要参考意义。     

利用Sentinel-3A OLCI可见光通道反演台湾岛气溶胶光学厚度

OLCI（Ocean Land Colour Instrument）作为MERIS（Medium Resolution Imaging Spectrometer）的后继升级版传感器,在气溶胶反演中存在潜在优势,但是目前利用OLCI数据进行气溶胶监测的研究较少。因此,本文针对OLCI多通道反射特征开发了OLCI云检测算法,并对传统查找表构建方法进行改进,根据观测几何特征提出动态查找表法,并通过光谱卷积方式等效转换MODIS和OLCI红蓝通道地表反射率并获取OLCI红蓝通道地表反射率固定关系,进而实现台湾岛550 nm处的AOD反演。与550 nm处AERONET level 2.0 AOD验证结果首先表明不同季节、不同站点的精度表现存在一定差异,其次相对于同期MOD04_3K AOD产品,本文反演结果与全球气溶胶自动观测网（AERONET）站点实测值之间表现出更显著 的相关性（R²=0.8199）,均方根误差（RMSE）从0.175下降到0.113,相对平均误差（RME）从33.6%下降到26.7%,且67.5%的OLCI AOD落在预测误差（EE）区间内,明显大于MOD04_3K AOD落在预测误差区间的百分比（55.7%）。此外,误差分析表明,当实际AOD值较低时,红蓝通道地表反射率之间关系的误判会导致较为明显的AOD反演相对误差。     

厦门市林地与建设用地对大气气溶胶空间分布的影响分析

分析大气气溶胶空间分布的影响因素有助于理解其变化机制与规律,从而为大气环境质量的调控提供科学依据。本文以厦门市为例,利用MODIS-Aqua卫星遥感影像,反演了大气气溶胶光学厚度。同时,选取Landsat8 OLI卫星数据,进行土地覆被分类。在此基础上,利用相关分析、一元线性回归模型和方差分解,对比研究了城市林地和建设用地对大气气溶胶空间分布的影响作用,得出以下结论：① 暗像元与插值法的结合适合厦门地区春季气溶胶光学厚度的反演;② 建设用地上空气溶胶光学厚度值明显高于林地;③ 林地对气溶胶空间分布的影响作用强于建设用地。本研究对缓解城市大气污染和改善城市生态环境具有重要参考价值和意义。     

半干旱区旱情监测指数应用分析

本文利用MODIS地表温度数据(Ts)和增强型植被指数EVI构建Ts和EVI(Enhanced Vegetation Index)空间。同时分别获取2002年3月8日,4月2日、4月13日、6月12日的温度植被干旱指数TVDI,以其为旱情指标对黄河三花间(三门峡-花园口区间)区域旱情进行了监测;结合气象站点数据及表观热惯量对TVDI进行评价,TVDI与热惯量相关系数R2达到0.7,并分析了土地利用和高程对TVDI的影响。结果表明:土地利用影响着TVDI值的分布;三花间(三门峡-花园口区间)区域250m以上高程和TVDI关系显著。以Ts和EVI构建的TVDI适用于半干旱区的旱情监测。     

Atmospheric correction of ocean color imagery over turbid coastal waters using active and passive remote sensing

This paper demonstrates an atmospheric correction method to process MODIS/Aqua (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) ocean color imagery over turbid coastal waters with the aid of concurrent CALIOP (Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization) aerosol data, assuming that there exists "nonturbid" water in the study area where MODIS aerosol optical properties can be retrieved accurately. Aerosol properties from CALIOP measurements were obtained and related to those from MODIS. This relationship, combined with CALIOP aerosol data, was extended to turbid water to derive MODIS aerosol properties, where atmospheric correction using MODIS data alone often fails. By combining MODIS and CALIOP data, aerosol signals were separated from the total signals at the satellite level, and water-leaving radiances in turbid waters were subsequently derived. This method was tested on several MODIS/Aqua ocean color images over South China turbid waters. Comparison with field data shows that this method was effective in reducing the errors in the retrieved water-leaving radiance values to some extent. In the Zhujiang (Pearl) River Estuary, this method did not overestimate the aerosol effects as severely, and provided far fewer negative water-leaving radiance values than the NASA (National Aeronautics and Space Administration) default methods that used MODIS data alone.     

Identifying sky conditions in Iran from MODIS Terra and Aqua cloud products

Clouds can influence climate through many complex interactions within the hydrological cycle. Due to the important effects of cloud cover on climate, it is essential to study its variability over certain geographical areas. This study provides a spatial and temporal distribution of sky conditions, cloudy, partly cloudy, and clear days, in Iran. Cloud fraction parameters were calculated based on the cloud product(collection 6_L2) obtained from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sensors on board the Terra(MOD06) and Aqua(MYD06) satellites. The cloud products were collected daily from January 1, 2003 to December 31, 2014(12 years) with a spatial resolution of 5 km × 5 km. First, the cloud fraction data were converted into a regular geographic coordinate network over Iran. Then, the estimations from both sensors were analyzed. Results revealed that the maximum annual frequency of cloudy days occurs along the southern shores of the Caspian Sea, while the minimum annual frequency occurs in southeast Iran. On average, the annual number of cloudy and clear-sky days was 88 and 256 d from MODIS Terra, as compared to 96 and 244 d from MODIS Aqua. Generally, cloudy and partly cloudy days decrease from north to south, and MODIS Aqua overestimates the cloudy and partly cloudy days compared to MODIS Terra.     

基于太阳光度计的成都双流地区夏季气溶胶光学特性研究

选取成都信息工程学院航空港校区为研究区,利用CE318太阳光度计于2013年6月期间连续观测的数据反演气溶胶光学厚度,Angstrom指数和粒子谱分布,然后进行气溶胶光学特性分析,结果表明:气溶胶光学厚度随波长增加而减少;气溶胶光学厚度随人为活动和天气等诸多因素变化而变化;平均波长指数显示该地区气溶胶中小粒子占主控地位,平均直径在1.2μm左右;平均浑浊度系数为0.44,大气处于浑浊状态;粒子谱分布呈双峰型,证明该地区为城市气溶胶类型,也详细表明气溶胶粒径的变化。     

城市气溶胶光学厚度空间格局特征多指标综合分析

本文以厦门市为例,基于MODIS影像反演的大气气溶胶光学厚度（AOD）,利用空间自相关和景观格局指数从数量、形态和结构方面综合分析了2014年各月份（5月和9月除外）AOD时空格局变化。结果表明,研究区AOD具有明显的时空分布差异,林地上空的AOD处于较低等级,建设用地上空AOD大部分处于中高等级;AOD在春夏季较大,在秋冬季较小。AOD分布存在显著正空间自相关性,而且主要存在高高（HH）、低低（LL）、高低（HL）3种聚集模式。低低聚集模式主要分布在厦门市的北部山区;高高（HH）和高低（HL）模式主要分布在本岛东北部新城和本岛外各新城的城区。在景观格局指数方面,从秋冬季节到春夏季节期间,研究区气溶胶光学厚度高等级斑块增加,景观结构趋于复杂,景观异质性增加。对AOD时空格局变化进行多指标综合分析可以更加深入、细致、全面地刻画气溶胶的变化规律,有助于精确评估气溶胶对环境、气候等的影响,为城市可持续发展提供决策支持。     

细粒子气溶胶光学厚度和谱分布偏振的反演

 细粒子气溶胶物理和光学参数定量卫星遥感反演一直是环境和气候领域研究人员关注的重要课题。气溶胶参数卫星业务遥感产品主要是反演气溶胶光学厚度,它体现大气中气溶胶总含量的信息,而获取气溶胶谱分布函数有助于进一步了解气溶胶物理特性,并提高气溶胶其他参数的遥感探测精度。目前,陆地气溶胶卫星反演面临两个关键问题:一是气溶胶模式;二是地表反射贡献的去除,偏振遥感在这两方面有其独有的优势。本文以多角度偏振方法,采用RT3辐射传输模型建立矢量查找表,利用法国PARASOL探测器一级数据反演了京津唐地区的细粒子气溶胶光学厚度和谱分布参数,并使用AERONET地基观测数据对反演结果进行验证,结果表明:偏振方法能较高精度地实现细粒子气溶胶光学厚度反演,而谱分布的反演还需进一步改进。