中国比辐射率空间分布特征分析

使用2003-2013年MOD/MYD11C3地表比辐射率光谱数据、MOD/MYD13C2植被指数光谱数据,合成全国各月地表比辐射率、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。基于DEM数据分析比辐射率与NDVI随海拔、坡向的变化规律。结果表明:(1)比辐射率低值段(0.960~0.970)主要分布在我国西北荒漠地区,面积比例全年变化不显著,代表了干燥裸土下低比辐射率的特征;中值段(0.970~0.975)分布于我国大部分植被覆盖地区,面积比例夏高冬低,代表植被覆盖下混合像元的中比辐射率特征;高值段(0.975~0.980)位于我国部分高海拔和高纬度地区,面积比例冬高夏低,代表冰雪与植被混合像元的高比辐射率特征。(2)比辐射率与NDVI随坡向变化呈明显的"双峰双谷"分布。东南坡、西坡为峰值,最大值位于东南坡;南坡、北坡为谷值,最小值位于北坡。两者变化一致性很高。受不同坡向太阳方位角下的地形敏感性与植被覆盖综合影响,比辐射率表现出随坡向的峰谷变化规律。(3)随海拔升高,比辐射率呈垂直地带性变化。存在3个下降区:250 m~1250 m、2500 m~3000 m和4750 m~6000 m;3个上升区:1250 m~2500 m、3000 m~4750 m和6000 m~6500 m。这与NDVI随海拔变化特征类似,反映垂直下垫面植被变化对比辐射率空间分布的影响。     

高光谱热红外数据反演地表温度与比辐射率方法研究

地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性和相关遥感应用的有效性。多光谱热红外反演温度和比辐射率受到陆地表面类型复杂而观测信息不足的限制,很难同时反演出精确的地表温度数值和地表比辐射率数值。高光谱热红外传感器的出现,为更好地解决这一难题带来了机遇。利用高光谱热红外数据的优势和特性,提出了一种基于大气下行辐射残余指标(DRRI)的方法,实现了地表温度与地表比辐射率的准确分离。通过高光谱热红外模拟数据的反演实验表明DRRI方法具有运算速度快、结果精度高、抗噪声干扰能力强等优点。该方法能够应用于野外测量的高光谱热红外数据以及经准确大气校正后的星载高光谱热红外数据。     

基于混合像元分解模型的TM6/ETM+热红外波段地表比辐射率估算

地表比辐射率是热红外遥感中的关键参数,在TM6/ETM+热红外波段地表比辐射率估算过程中亟待解决的是混合像元问题.针对该问题选取湖南省张家界永定区TM6影像,基于混合像元分解模型,综合采用散点图和PPI方法提取端元,得出研究区平均比辐射率估算值为0.988.经验证发现纯净像元比辐射率估算精度较高,估算值与实际值的偏差均小于0.003,4种不同土地利用类型的估算精度由高到低依次为水域、林地、耕地和建设用地.     

2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式

青藏高原近地表土壤的日冻融循环极大地影响着土壤和大气之间的水分与能量交换,研究其时空变化模式对深入理解青藏高原生态环境的气候变化响应具有重要意义。本文基于MODIS、AMSR-E、AMSR-2遥感数据等资料,获取AMSR系列传感器在青藏高原的昼夜校准系数,利用Fourier非线性模型实现AMSR微波辐射产品与MODIS热红外地表温度产品的融合,生成每日1 km分辨率近地表土壤日冻融状态结果,开展2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式研究。结果表明：(1)相比于面向全球的校准方法,本文改进的AMSR系列传感器校准方法更适合于青藏高原地区。利用Fourier非线性模型融合后获得的土壤冻融产品在提升分辨率的同时日冻融判别精度达80.96%,相较于未融合结果准确性提高3.95%。(2)青藏高原近地表土壤季节性冻融过程中的日冻融循环发生天数空间上存在显著差异性,其中藏南区域与青海高原发生天数最高,时间上存在周期性,呈升温时向西北转移,降温时向东南转移。(3) 2002—2020年青藏高原不同区域年内日冻融循环发生天数变化趋势不同,藏北高原、藏南高山及藏东区域呈增加状态,青海...     

基于FTIR和MODIS数据估算新疆沙漠宽波段地表比辐射率

基于FTIR和MODIS数据,建立了新疆沙漠宽波段（8～13.5 μm）地表比辐射率的最优估算模型。首先,利用傅立叶变换热红外光谱仪观测的塔克拉玛干沙漠地表比辐射率光谱数据,结合同期MODIS温度/比辐射率产品MOD11A1的29、31和32波段比辐射率值和MOD09A1的第7波段反射率值,建立宽波段地表比辐射率估算模型,并分别采用观测数据和光谱库数据验证了模型的精度,估算结果的均方根误差分别为0.0041和0.0081。其次,选择最优估算模型,利用MODIS数据,估算了新疆4个沙漠的宽波段地表比辐射率,得到了沙漠地表比辐射率的空间分布特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠和库鲁克库姆沙漠气候干燥稳定,地表比辐射率分布较为均匀,范围为0.850～0.915;古尔班通古特沙漠受到植被和地表水分的影响,比辐射率空间分布不均匀,范围为0.890～0.915;库木塔格沙漠的地表比辐射率分布与其羽状地表类似,范围为0.860～0.910。     

近10年来中国耕地资源的时空变化分析

根据中国资源环境数据库中的耕地数据以及20世纪80年代末期、1995年和2000年3期覆盖全国时间跨度约为10年的遥感数据,对中国耕地时空变化进行分析。总趋势表明,近10年来我国耕地资源总量有所增加;东部及沿海地区优质耕地迅速减少;东北地区和内蒙古自治区耕地大量开垦;水田旱地转换明显。利用GIS方法将耕地变化数据与中国生态环境质量数据进行叠加,表明近10年来耕地的生态环境质量下降了。近10年耕地动态变化的空间分布表现出13种动态格局。对80年代末至1995年 (前5年) 和1995年至2000年 (后5年) 这2个时间段内的耕地变化进行对比分析,表明了前5年与后5年耕地变化的动态格局有空间上的相似性,但前后变化幅度相差较明显。近10年来气温的升高与中国水田北移有较好的一致性,而降水的减少对西北地区耕地的撂荒和开垦有明显作用。中国经济的发展所导致的城市化过程使得大量耕地被占用。近10年来相关的耕地政策对控制耕地面积的减少有作用,但耕地的总体质量却下降了,这直接影响了粮食产量。     

我国西北地区地表反照率的遥感研究

由于地表反照率受地球表面覆盖类型等地表特征的影响，因而利用遥感资料计算大面积区域地表反照率日益受到重视。通过对研究区下垫面类型进行分类（共分雪地，裸土，植被，沙漠和水体等五类），然后针对不同下垫面类型分别建立相应的地表反照率计算方法，对我国西北地区地表反照率的计算，验证了该方法具有较高的计算精度，适于大面积区域地表表反照率的计算，最后对我国西北地区地表反照率的分布特征进行了分析。     

2001-2010年中国地表比辐射率的时空变化(英文)

Land surface emissivity is one of the important parameters in temperature inversion from thermal infrared remote sensing. Using MOD11C3 of Terra-MODIS L3 level products, spatio-temporal data sets of land surface emissivity in China for 10 years from 2001 to 2010 are obtained. The results show that the land surface emissivity in the northwest desert region is the lowest in China, with little seasonal variations. In contrast, there are significant seasonal variations in land surface emissivity in northeast China and northern Xinjiang, the Qing-hai-Tibet Plateau, the Yangtze River Valley and the eastern and southern China. In winter, the land surface emissivity in the northeast China and northern Xinjiang is relatively high. The land surface emissivity of the Qinghai-Tibet Plateau region is maintained at low value from November to March, while it becomes higher in other months. The land surface emissivity of the Yangtze River Valley, eastern and southern China, and Sichuan Basin varies from July to October, and peaks in August. Land surface emissivity values could be divided into five levels: low emissivity (0.6163-0.9638), moderate-low emissivity (0.9639-0.9709), moderate emis-sivity (0.9710-0.9724), moderate-high emissivity (0.9725-0.9738), and high emissivity (0.9739-0.9999). The percentages of areas with low emissivity, moderate-low emissivity and moderate emissivity are, respectively, about 20%, 10% and 20%. The moderate-high emis-sivity region makes up 40%-50% of China’s land surface area. The inter-annual variation of moderate-high emissivity region is also very clear, with two peaks (in spring and autumn) and two troughs (in summer and winter). The inter-annual variation of the high emissivity region is very significant, with a peak in winter (10%), while only 1% or 2% in other seasons. There is a clear association between the spatio-temporal distribution of China’s land surface emissivity and temperature: the higher the emissivity, the lower the temperature, and vice versa. Emis-sivity is an inherent property of any object, but the precise value of its emissivity depends very much on its surrounding environmental factors.     

反演地表温度三要素获取途径研究及其应用价值

根据2002年和2004试验中,利用红外辐射计获取的地表辐射温度、方向比辐射率仪获取的地表比辐射率和长波辐射计秋取的大气下行辐射等试验数据,探讨了反演地表温度所需三要素的获取途径;对地表辐射温度的热方向性进行研究,分别建立30°、60°和90°高度角辐射温度观测值与半球积分值的回归方程;在给出几种温度的详细定义之后,计算了考虑及不考虑大气下行辐射和地表比辐射率影响所对应的温度,比较了它们之间的差值,并从理论上分析了造成差值的原因;进一步讨论大气下行辐射、地表比辐射率对地表温度反演结果的影响。     

近20年中国耕地复种指数的时空变化

多熟种植是中国重要的种植制度,对保障国家食物安全和促进农村经济发展有十分重要的意义。复种指数受自然条件和农村社会状况的影响处于不断变化之中,及时获取其变化信息是国家食物安全评估和农业发展科学决策的基础。近年来对食物安全的研究集中于耕地面积变化的影响,对复种指数变化及其影响的研究较少。作物种植面积和复种指数变化的估计一直以行政区划为单元的统计数据为基础,但获得这些数据费时费力,时效性和可靠性都比较差,更缺乏准确的空间和时间变化信息。卫星遥感是探测大尺度土地覆被格局实时变化的最有效手段,因此可以作为获取全国和区域尺度作物复种指数变化信息的重要途径。作者应用多时相NOAA/AVHRR遥感观测数据和峰值特征点检测法提取全国尺度的复种指数,并分析其从20世纪80年代初到90年代末的变化。结果表明全国复种指数整体增加,但在珠江三角洲、长江中下游、四川盆地丘陵山地以及山东丘陵等地区有所降低。复种指数下降的耕地占全国总面积15%左右。在四川盆地和黄淮海区,复种指数在平原地区有所增加或保持稳定,下降多发生在丘陵山地,但在长江中下游和华南精耕细作地区出现复种指数降低的趋势。     

水汽吸收和下垫面发射率对晴空大气红外窗区遥感影响的综合分析

从数学上探讨了晴空大气红外窗区通道遥感陆面特性水汽吸收和陆面发射率的综合影响。首先,基于辐射传输方程推导出大气水汽含量和陆面发射率(ε)引起红外窗区通道遥感陆面亮温(Tg)变化的数学表达式,指出红外辐射在传输过程中水汽吸收衰减的影响主要是引起大气透过率的变化;分析了在高温高湿和低温干燥等不同地区,红外窗区通道的大气透过率所受到的不同程度的衰减,以及水汽吸收衰减和陆面发射率对不同的红外窗区通道的影响。此外,还建立了一个红外窗区通道遥感陆面温度与地面亮温差ΔT=(Ts-Tg,imax)与水汽含量变化Δq和陆面发射率ε的二元多项式拟合方程,进一步分析大气水汽含量和陆面发射率对不同的红外窗区通道遥感的影响;指出红外短波窗区通道不但受太阳辐射污染严重,而且受陆面发射率变化的影响激烈,特别是在寒冷干燥的亚北极冬季。最后强调,为了精确地反演陆面温度,最好采用热红外窗区通道;必须考虑大气订正,特别是在高温高湿区;同时应该考虑陆面发射率等因子的作用。     

中国与美国大都市区城市内部土地覆盖结构时空差异

城市内部土地覆盖结构对城市生态服务功能和人居环境质量产生重要影响。中国与美国不同发展阶段城市不透水地表和绿地时空分布格局存在显著差异。本文基于Landsat TM/MSS影像获取1978、1990、2000、2010 年城市内部土地覆盖和不透水地表分类信息,监测并比较中国和美国六个特大城市扩展时空动态、土地覆盖结构差异及城市不同功能区特征。研究表明,在过去30 多年以来,中国城市以相对紧凑形态发展,美国城市较为离散;美国三大城市植被所占的比例是中国的2.21 倍;中国城市内部结构土地利用功能类型更加复杂,不透水地表密度更高,而美国城市CBD和居住区功能相对独立,特别居住区以镶嵌式低不透水地表和高绿地比例结构为主。     

利用ASTER遥感数据反演陆面温度的算法及应用研究

陆面温度是地气交换过程的一个重要参数,在生态环境研究中应用很广。传统方法只能进行点上的观测和计算,遥感的出现则使得计算区域陆面温度成为可能。ASTER遥感数据具有较高的空间分辨率和光谱分辨率,能够提供比NOAA/AVHRR和Landsat等遥感数据更丰富的陆面信息,有助于提高反演陆面温度的精度。本文以新疆自治区阿瓦提县典型研究区域为例,根据ASTER遥感数据的特点,基于温度/比辐射率分离算法的思想,运用ADE(AlphaDerivedEmissivity)、比值法和MMD(Maximum-MinimumDiffer-ence)三个模块计算陆面温度,并简要分析了模型的主要误差来源。分析结果表明本文所采用的算法是可行的,ASTER遥感数据用于反演陆面温度可以取得比较理想的结果,具有良好的应用前景。     

2000-2012年中国北方海岸线时空变化分析

利用遥感和GIS 技术获取了中国北方“三省一市”2000 年、2005 年、2008 年、2010年、2011 年与2012 年共6 期大陆海岸线的时空分布情况;采用网格法计算了各个时期海岸线的分形维数;分析了海岸线时空变化特征、海岸线长度变化与分形维数变化之间的关系,以及海岸线动态变化的原因。2000-2012 年,研究区海岸线长度持续增加,总共增加了637.95km,年均增加53.16 km。从区域上看,以天津市与河北省所在的渤海湾区域海岸线变化最强烈;从时间过程上看,2008 年后海岸线长度进入快速增长时期,其中2010-2011 年是海岸线长度变化最剧烈的时期,变化强度为2.49%。2000-2012 年研究区海岸线的分形维数不断增大,其中渤海湾区域海岸线分形维数变化最剧烈;历史海岸线的长度与分形维数之间存在较好的线性关系,相关系数为0.9962;通过对大量海岸线动态引起的整体海岸线长度变化与分形维数变化的统计分析研究表明,在大多数情况下,局部海岸线长度增大(或缩减) 会导致整体海岸线分形维数增大(或减小),并且呈正比例变化。从2000-2012 年各时段海岸线动态对应的各类沿海工程的面积汇总情况来看,港口建设、渔业设施建设以及盐场建设分别占前三位,人类工程建设是中国北方海岸线变化最主要原因;与人类活动影响相比,自然变化如河口淤积与侵蚀对海岸线影响比较小。     

陇西黄土高原陆面蒸散的遥感研究

该文以陆面能量平衡过程为基础,基于定量遥感的理论,提出了适合半干旱区(陇西黄土高原)的陆面蒸散估算遥感模型(SEBS)。结合该区域的NOAA/AVHRR数据、气象观测数据、土地利用数据和地形高程(DEM)数据,依据定量遥感的理论和技术,计算反照率、陆面温度、植被指数和地表比辐射率四个重要地表特征参数。应用SEBS模型,估算了该区域的陆面蒸散量。结果表明：该研究具有较好的理论和实践意义,为陆面过程、植被生产、生态环境保护与生态重建等研究提供科学依据。     

近50年来中国北方沙漠化土地的时空变化

中国北方在过去的近50年里,沙漠化土地以其广泛的分布和迅速发展构成了区域主要的环境和社会经济问题。遥感监测和评价结果表明,到2000年沙漠化土地已达到 38.57×104 km₂,其中潜在和轻度沙漠化土地13.93×104 km₂,中度沙漠化土地9.977×104 km₂,重度沙漠化土地7.909×104km₂,严重沙漠化土地面积 6.756×104 km₂,它们主要分布在农牧交错带及其以北的草原牧业带、半干旱雨养农业带和绿洲灌溉农业与荒漠过度带。对上世纪50年代后期、1975年、1987年和2000年沙漠化土地遥感监测结果进行对比分析显示,我国北方沙漠化土地自20世纪50年代后期以来一直处于加速发展的态势,沙漠化土地年均发展速率20世纪50年代到70年代中期为1 560 km₂,1976年到1988年提高到2 100 km₂,1988年到2000年之间达到3 600 km₂。“整体恶化,局部治理”是近50年来北方沙漠化土地的变化的基本趋势。沙漠化土地的迅速发展不仅使中国北方的生态环境面临严峻的挑战,而且将严重影响中国整个区域国民经济的发展以及人民生活水平的提高。     

基于MODIS数据的陕西省地表温度的空间分布研究

由热红外波段获得的影像是地物发射的热辐射量的直接记录,可用于地面温度和热量空间分布的动态监测。本文利用MODIS数据可见光波段b1、近红外波段b2和中红外波段b19,获得所需要的两个基本参数：地表比辐射率与大气透过率;然后对于热红外波段b31、b32,运用劈窗算法反演出陕西省地表温度：并与陆面实际状况进行了对照分析。结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合陕西省实际地表状况;另外也为应用MODIS热红外波段数据进行大范围实时监测地表温度提供了新的途径。     

喀斯特城市植被覆盖度时空变化对地表温度的影响

随着桂林喀斯特城市的快速扩展、地表植被覆盖度的变化,城市热岛现象越来越明显。以桂林1989-2006年5景TM/ETM遥感图像为数据源,利用遥感归一化植被指数反演植被覆盖度Pv,利用Qin单窗算法反演地表温度ts,分析Pv空间和时间变化对ts的影响。结果表明,在空间上ts随Pv的提高而降低,呈明显负相关关系。在时间上Pv<0.2面积比例逐年增加,1989年7.8%、1991年15.2%、2000年20.7%、2005年21.1%、2006年22.7%;而Pv≥0.7面积比例逐年减少,1989年49.2%、1991年27.4%、2000年27%、2005年16.5%、2006年11.1%。其导致地表温度高于茂密林地表面温度的比率z>20%的高温像元比例逐年上升;而z≤10%的低温像元比例逐年下降,1989年28.9%、1991年25.4%、2000年23.7%、2005年22.2%、2006年20.4%。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的凉岛现象,从而调节喀斯特城市气候环境。