顾及空间非平稳特征的遥感干旱监测

遥感技术具备实时快速、时空连续、广覆盖尺度等独特优势,在全球气候恶化大背景下,利用遥感干旱监测方法相比于传统地面监测手段,能够提供实时、准确、稳定的旱情信息,辅助科学决策。目前常用遥感旱情监测方法大多依赖全域性数学模型建模,假定了旱情模式的空间平稳特性,因而难以准确反映旱情模式的局部差异特征。本文提出利用地理加权回归模型GWR (Geographically Weighted Regression),考虑旱情模式的空间非平稳特性,综合多种遥感地面旱情监测指数,以实现传统全域旱情监测模型的局部优化。以美国大陆为研究区,监测2002年—2011年共10年的旱情状态。研究表明,GWR模型能够提供空间变化的局部最佳估计模型参数,监测结果更加吻合标准美国旱情监测USDM (U.S Drought Monitor)验证数据,且与地面实测值的最高相关系数R达到0.8552,均方根误差RMSE达到0.972,显著优于其他遥感旱情监测模型。GWR模型具备空间非平稳探测优势,实现了旱情模式的局部精细探测,能够显著提升遥感旱情监测精度,具备较好的应用前景。     

中国湿地变化的驱动力分析

在全球气候变化及中国社会经济迅速发展的背景下,为了解中国湿地分布的时空动态特征及演化规律,以4期(1978年、1990年、2000年、2008年)中国湿地遥感制图数据和3期(1990年、2000年、2005年)土地利用数据为基础,同时考虑到对湿地变化的影响程度和数据的可获取性,选取12个影响因子(平均温度、平均湿度、累计降水量、人口数量、地区生产总值、农林牧渔产值、耕地面积、粮食产量、有效灌溉面积、水库库容量、除涝面积、治碱面积)研究1978年—2008年这30年间中国湿地变化的驱动机制。考虑到地理现象的空间非平稳性,本文采用地理加权回归的方法分析驱动因子对湿地变化的影响作用。地理加权回归作为一种局部线性回归方法,能够直观地反映湿地驱动因子对湿地作用的地域差异。结果表明:不同类型的湿地变化的主要影响因素不同,内陆湿地与温度、降水以及农业耕作灌溉等密切相关;人工湿地与经济发展水平和水利设施兴建密切相关;滨海湿地与农林牧渔产业和人口等密切相关。同一类型湿地变化的主要影响因素随着时间推移也有所变化,并且影响程度在地域上也存在较为明显的南北和东西差异。本次研究结果基本反映了1978年—2008年中国湿地变化的特征规律。     

市域尺度货物运输碳排放时空变化及因素分析

针对货物运输导致碳排放成为温室气体主要来源之一的问题,该文综合货物运输车辆的微观温室气体排放及时空变化,从市域尺度分析货物运输碳排放的时空变化规律。利用微观排放模型计算了2000年、2005年、2010年和2015年全国286个城市货物运输碳排放的空间分布及其变化,并应用地理加权回归模型探究城市化不同层面因素对碳排放时空分布变化的影响。结果表明:货物运输碳排放具有显著的空间集聚特征,且高排放地区的集聚规律更加显著;地理加权回归模型精度明显高于普通线性回归模型,经济变量、人口变量、货运强度变量与货物运输碳排放存在显著正相关关系。该研究可为中国各市级区域制订节能减排政策提供量化的科学依据。     

中国区域加权平均温度的时空分析及模型研究

加权平均温度(T_m)是全球卫星导航系统技术反演大气可降水量的关键参数,影响着水汽反演的精度。针对传统的Bevis模型运用在中国区域精度不高的问题,该文提出新的增加时空参数的T_m多元线性回归模型。根据2013—2015年中国86个探空站点的探空资料,分析了T_m的时空特征;然后根据2013年站点资料,利用线性回归建模方法建立了中国区域的T_m单因子回归模型和增加了时空参数的T_m多因子回归模型,并利用2014—2015年的探空数据进行验证。T_m单因子回归模型和T_m多因子回归模型的精度分别为3.1 K和2.6 K,比Bevis模型(精度3.3 K)分别提高了约6.0%和21.2%。考虑到季节对T_m的影响,将T_m多因子回归模型按季节分段,得到按季节分段的T_m多因子回归模型,其精度与T_m多因子回归模型大致相当,但能更细致表达出不同季节T_m的精度情况。结果表明增加了时空参数的T_m多因子回归模型更加适合中国区域的加权平均温度T_m的计算。     

中国雾霾分布及其组成相关性分析

雾霾天气由于其对人体健康及交通能见度的极大影响而受到广泛关注。在收集相关污染物与气象数据基础上,基于GIS技术及最小二乘法和地理加权回归模型分析了我国2014年1月雾霾空间分布特征及其组成要素的相关性。研究表明,2014年1月我国各省会城市基本都受到雾霾影响,其中华北地区最为显著,华东、华南沿海城市具有一定的相似性;西南部地区大部雾霾污染明显小于其他地区。从雾霾物质组成上看,PM_(2.5)与PM_(10)、CO、NO_2和SO_2之间存在微妙关系,随着其他污染物的增加,PM_(2.5)数值也会随之增大,其中PM_(10)和CO对PM2.5的影响是显著的。从研究方法上看,利用地理加权回归建模方法对雾霾及其组成成份相关性研究的效果(84%)略好于最小二乘法的分析效果(82.59%)。本研究可为了解雾霾空间分布特征及分析其相关影响因素提供参考。     

面向对象的多尺度加权联合稀疏表示的高空间分辨率遥感影像分类

针对高空间分辨率遥感影像中的地物具有多尺度特性,以及各个尺度的对象特征对地物分类精度的影响具有较强的尺度效性,并结合面向对象影像分析方法和多尺度联合稀疏表示方法在高空间分辨率遥感影像分类中的各自优点,提出了一种面向对象的多尺度加权稀疏表示的高空间分辨率遥感影像分类算法。首先,采用多尺度分割算法获得多尺度分割结果并提取对象的多尺度特征;然后,根据影像对象的多尺度分割质量测度计算各尺度的对象权重,构建面向对象的多尺度加权联合稀疏表示模型;最后,采用2个国产GF-2高空间分辨率遥感数据集和1个高光谱-高空间分辨率航空遥感数据集（WashingtonD.C.数据）验证该算法的有效性。试验结果表明,与SVM、像素级稀疏表示、单尺度和多尺度对象级稀疏表示和深度学习等算法相比较,本文算法获得了较高的OA和Kappa分类精度,提高了各个尺度地物的分类精度,有效抑止了地物分类结果中的椒盐噪声现象,同时保持大尺度地物的区域性和小尺度地物的细节信息。     

中国环境遥感监测技术进展及若干前沿问题

新时期中国环境污染防治和生态文明建设的迫切需求催生了环境遥感监测技术的迅速发展,20多年来,中国环境遥感监测从无到有,从弱到强,逐渐进入到国家生态环境保护的主战场,并成为国家环境管理决策不可或缺的重要技术手段,发挥了关键性支撑作用。面对实行最严格的生态环境保护制度、科学治污、精准治污、依法治污的新形势和新要求,中国环境遥感监测面临前所未有的机遇和挑战。本文首先以环境监测卫星建设和应用为主线,回顾了中国环境遥感监测工作历程;然后从典型关键技术研究概况入手,总结了水环境遥感监测、大气环境监测、生态环境监测关键技术的进展;最后,结合高性能对地观测、大数据等先进技术的发展,对后续环境卫星、生态环境问题遥感主动发现、环境遥感监测大数据、基于深度学习的环境遥感反演等前沿问题进行了探讨,指出了中国环境遥感急需解决的问题和发展方向,并对相关技术的发展和应用前景进行了分析和展望。可以看到,在国家有关部门的高度重视和作者所带领团队及大量相关研究人员的共同努力下,中国已初步建立了环境遥感监测技术体系,并形成了业务化应用能力,以高分辨率探测为核心的新一代环境监测卫星正在得到快速发展,环境专用卫星载荷的技术性能将得到大幅提升,同时,环境遥感机理研究正得到进一步加强,环境遥感监测的精度和效率将得到进一步提升,中国环境遥感监测正在与人工智能、大数据等新技术加速融合,从以数理建模为核心的模型驱动时代进入到以智能感知为特征的数据驱动时代,由此将催生新的环境遥感应用场景和大数据产品不断涌现,推动环境遥感监测向智能感知、智能预警、智能决策、智能服务的方向发展。     

中国东海叶绿素浓度变化分析及其海水温度响应

海洋叶绿素浓度时空格局分析及与海水温度的响应研究对于海洋资源的开发和保护及赤潮的预防具有重要意义。本文基于2004—2018年东海叶绿素浓度和海水温度数据运用趋势分析及ArcGIS10.2软件,对东海叶绿素浓度作了时空分析研究,并结合海水温度进行了回归分析,以探究叶绿素对海水温度变化的响应机制。结果表明：①东海叶绿素浓度在2004—2018年间没有明显的年际变化特征。年内则随时间上下波动,冬季为波峰,夏季为波谷。离海岸带越近,叶绿素浓度越高。②东海海域海水温度在年际尺度上呈波动式起伏变化。在季节尺度上夏秋两季温度较高,春季次之,冬季最低。从沿海到外海海域海温逐渐升高。③就空间相关性而言,东海海域叶绿素浓度与海水温度整体呈负相关,在不同海域相关程度不同。长江口和外海区域叶绿素浓度与海水温度具有很强的相关性;在沿海区域,由于受到城市环境、经济发展及人类生产生活的影响,海水温度与叶绿素浓度的相关性不明显。     

近30年云贵高原水蚀荒漠化遥感监测及影响因子时空分异规律

云贵高原属于典型季节性干旱生态脆弱区,其中因流水造成的水蚀荒漠化已成为限制该区域持续发展的重大生态环境问题之一。本文采用长时间序列Landsat卫星数据监测云贵高原核心区云贵两省近30年水蚀荒漠化的现状与时空变化,并分析该区域荒漠化关键影响因子的时空分异规律,提出一种多指标规则分类算法用于云贵高原水蚀荒漠化遥感监测,并选用植被面积、GDP及降水3个关键影响因子,采用地理加权回归模型,分析该区域水蚀荒漠化影响因子的空间分异规律。试验结果表明：①云贵高原荒漠化的主要分布区为滇桂黔区、川滇交界地区、滇西边境区及蒙自地区。②近30年研究区水蚀荒漠化变化趋势可分为1989—2010年、2010—2013年及2013—2016年3个阶段,1989—2010年该区域的荒漠化呈现波动增长状态;2010—2013年荒漠化面积快速扩展;2013—2016年荒漠化快速扩展的趋势得到了有效遏制。③3个关键影响因子与水蚀荒漠化关系呈现数值大小不同、正负效应和因子组合效应的空间分布差异,局部地区的经济发展和气候变化加剧了其水蚀荒漠化。本文研究成果将为云贵高原水蚀荒漠化的精细化防控和治理提供一定的理论依据和技术支撑。     

基于RS和GIS的农作物估产方法研究进展

实时获取农作物长势及产量等信息对于现代农业的发展具有重要意义。近年来,随着遥感技术(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)广泛应用于农作物估产领域,相继出现了一些较为实用的估产方法,主要有结合辅助数据的估产方法、基于植被指数的估产方法、基于特定模型的估产方法和基于农作物估产平台(软件)的开发等。其中,基于植被指数的估产方法又分为单一和多植被指数估产2类方法。在对近年来该领域大量文献深入研究的基础上,着重就几类热点方法展开论述,并对每类方法的优势和缺陷进行了评述,最后对该领域需要进一步研究的方向进行了探讨和展望,以期为后续研究提供参考。