利用MODIS数据研究天山北麓Kriging雪深插值

在积雪深度研究中,地面资料插值产生的平滑效应以及遥感空间分辨率不足的问题,在很大程度上影响着积雪深度的估计精度。本文采用中高分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectro-radiometer,MODIS)和微波扫描辐射计(advanced microwave scanning radiometer-EOS,AMSR-E)融合后的无云积雪面积产品构建虚拟站点,弥补了气象站点少且不均匀的不足,修正雪深克里金插值产生的平滑效应。同时,提出了基于数据同化算法融合以地面观测资料为基础的克里金空间插值雪深、MODIS积雪面积产品和AMSR-E微波反演雪深产品的雪深估计方法。以新疆北疆地区为研究区域进行了算法应用及验证,并选取不同海拔的站点观测资料对融合结果进行验证分析,通过均方根、偏差和相关性系数指标检证了该方法能够有效地提高雪深估计精度。     

MODIS影像雪深遥感反演特征参数选择与模型研究

在综合分析已有研究成果的基础上,选择MODIS遥感影像,借助灰色系统理论,结合观测站实测雪深数据,选择雪深反演特征参数,构建反演模型,并定义多元回归模型的综合评价系数,进而从构建的多个回归模型中,选择出雪深反演最优模型。     

基于MODIS数据的雪面温度遥感反演

通过对Planck函数在低温范围内进行线性化,改进了针对MODIS数据的实用性分裂窗算法,建立了基于MODIS数据的中纬度地区雪面温度遥感反演方法。以环青海湖地区为研究区进行了算法应用,取得了较理想的效果。验证并分析了雪面温度与海拔高度的负相关关系。通过对下垫面相对均一的3个样区进行分析,讨论了雪面温度与归一化积雪指数的关系,并提出了“NDSI-Ts空间”的概念。     

MODIS数据的海洋表面温度反演

以黄海及东海海域为对象,研究用MODIS数据提取我国海域海洋表面温度的方法,建立了适合于我国海域的MODIS海洋表面温度遥感实用模式。研究表明,此算法的反演精度比较高,用这种模式计算的海面温度可较真实地反映海洋表面温度分布状况。由于同一天可以获取同一地区的上午和下午两景MODIS数据,因此MODIS数据在探测海洋现象方面具有独特的优势。     

基于MODIS数据的雪面温度遥感反演

On the basis of simplification of the Planck function in a low temperature range, this paper revises the practical split-window algorithm and presents a method for retrieving snow surface temperature （Ts） based on MODIS data in the middle-latitude region. The application of this method in Qinghai Lake region reveals that it is feasible for the retrieval of Ts. Results of correlation analysis indicate that there was strong negative relationship between Ts and altitude. By analyzing three typical areas in which land cover was relatively homogenous, this paper discusses the relationship between Ts and normalized difference snow index （NDSI） and then presents a new concept named ＂NDSI-Ts space＂.     

MODIS数据东湖叶绿素a遥感反演研究

以武汉东湖为研究区域,利用MODIS数据和地面准同步叶绿素a浓度实测数据,建立适合东湖水体的叶绿素a浓度遥感定量估算模型,从而分析MODIS数据应用于内陆湖泊水体叶绿素a浓度反演的可行性。     

基于GPS和MODIS数据的大气可降水量反演算法研究

基于高精度的PWVGPS与MODIS近红外三通道比值透射率间的关系建立MODIS大气可降水量新反演算法以提高反演精度。利用美国Kansas州和Oklahoma州2009年4月～9月间17期的MODIS数据和对应的SuomiNet网PWVGPS数据进行研究,发现Kaufman和Gao Bo-Cai算法反演的PWVMODIS系统性地偏低于PWVGPS,存在较大的反演误差。以高精度的PWVGPS为标准水汽值,研究PWVGPS与MODIS近红外第19波段的三通道比值透射率间的关系,建立了MODIS大气可降水量新反演算法,并利用研究区数据进行试验验证,结果表明新算法可大幅提高PWVMODIS的反演精度。     

MODIS数据在积雪检测中的应用

积雪作为影响环境的一个因素,是非常重要的。自1999年Terra卫星升空以来,MODIS数据在环境监测的各个方面得到了广泛的应用。由于MODIS数据的高光谱、高空间分辨率、高时间分辨率等特征,越来越多地应用到积雪监测方面。本文就MODIS数据的积雪检测算法进行了探讨,对森林中雪的检测以及云和雪的区分进行了大量的研究。结果显示：MODIS数据对积雪检测非常有效。     

基于IDL的MODIS 1B数据雪面温度反演

对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要介绍,通过交互式数据语言(IDL)编程,实现了直接利用MODIS lB数据的雪面温度反演,并将反演结果存贮为标准的HDF文件格式,以供其他软件使用。以我国新疆北部(北疆)为例,将该算法的反演结果与气象站雪面温度观测资料进行对比,结果表明:系统反演得到的雪面温度分布规律与气象观测资料是一致的,反演的平均误差为1.73℃,基本反映了北疆地区的雪面温度分布情况。     

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据天山的北坡城市群城市扩展研究

结合DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据,对天山北坡城市群1992—2018年的城市夜间灯光进行空间扩展演变研究.利用城市扩展强度、紧凑度以及城市重心转移方法来分析天山北坡城市群城市扩展时空变化特征.结果表明:①1992—2018年天山北坡城市群城市夜间灯光扩展强度值呈高-低-高变化趋势.②在研究期间研究区...     

天山典型林带积雪的多角度遥感识别

天山中段的山地针叶林带很大程度上影响了该地区整体卫星雪盖的识别精度,多角度卫星遥感技术的发展为林区积雪识别提供了新的途径。本文选取了2000年4月至2001年6月,10个时段研究区内无云覆盖的(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer)MISR多角度数据,首先对红光波段不同角度观测结果组成的角度谱图像进行非监督分类,以确定天山林带的分布区域,然后在玛纳斯河中下游与那拉提山东部选取典型像元,分析这些像元红光波段各角度反射率在林区不同积雪覆盖状况下的表现差异。研究发现,若林区存在积雪,0°,±26.1°,±45.6°五个观测角度反射率的平均值大于0.1,在部分降雪月份,后向45.6°观测的反射率大于天顶方向观测的2.5倍。根据这一结论,给出基于MISR数据的研究区不同时段的积雪识别结果。结果表明,MISR红光波段对林区积雪反应敏感,不同角度观测的反射率在林区有雪和无雪时差异较大,故可利用多角度遥感信息进行林区积雪识别。     

基于GPS新型L5信号的地表雪深反演研究

利用GPS多路径反射信号测量地表雪深具有全天候和高时空分辨率的特点,因此其可作为一种代替气象站监测雪深的新手段。然而,先前大多数研究仅使用了GPS L1和L2C波段信噪比数据探测积雪深度。为验证新型的L5信号在雪深反演方面的优越性,本文阐述了GPS-R技术反演雪深的原理,利用Lomb-Scargle周期图法所处理的受积雪表层影响的信噪比数据计算了频谱振幅强度,通过获取频谱特征值与天线高度的关系求解雪深值,最后分别与L1反演结果和实测雪深数据进行了对比。试验结果表明：与现有的GPS-R测量雪深结果相比,利用新型的L5反射信号反演地表雪深的精度更佳;采用GPS-R技术探测雪深对把握测站区域内的雪深变化情况和淡水资源储量具有重要价值。     

基于MODIS雪盖数据的北疆雪深多元非线性回归克里金插值

为了提高北疆地区雪深时空分布监测的准确性,以该区域48个气象站点2006年12月—2007年1月的月平均雪深观测数据为基础,通过分析月均雪深空间自相关性及其与经纬度、高程的相关性,结合MODIS雪盖数据构建了多元非线性回归克里金插值方法,插值获得了北疆地区较高精度的雪深空间分布数据。将插值雪深数据与普通克里金插值法、考虑高程为辅助变量的协同克里金插值法的预测结果进行比较,结果表明:1相对普通克里金和协同克里金方法,多元非线性回归克里金法的12月份雪深预测精度分别提高了15.14%和9.54%,1月份的提高了4.8%和6.7%;2由于充分利用了经纬度和地形信息,多元非线性回归克里金法的雪深预测结果可提供更多细节信息;3预测结果客观地表达了雪深随经纬度和地形变化的趋势,反映了积雪深度的空间变异性;4基于不显著相关的协变量高程的协同克里金插值法预测的雪深数据精度劣于普通克里金插值法的预测结果。     

基于MODIS数据的PM2.5反演在大气污染监测中的应用

针对基于传统10km气溶胶光学厚度产品计算PM2.5无法获得更为精细的PM2.5空间分布特征的问题,提出采用6S模型计算获得不同气溶胶光学厚度条件下辐射传输模型方程参数查找表,该查找表可以采用原始光谱波段信息进行数据反演,并结合暗像元法计算得到的地表反射率信息,在辐射传输模型方程计算结果的基础上进行线性插值获得1km气溶胶光学厚度,再利用地面实测PM2.5浓度数据,通过回归分析的方法,获得1km的PM2.5监测数据。以西安市为例,1km分辨率的PM2.5更进一步表现了西安市域内PM2.5的空间分布特征,具有明显的地形分异特征,而且呈现出从城区向郊区逐渐衰减的趋势。研究结果为小区域的PM2.5来源和变化分析提供了一种有效的技术途径。     

An efficient geosciences workflow on multi-core processors and GPUs: a case study for aerosol optical depth retrieval from MODIS satellite data

Quantitative remote sensing retrieval algorithms help understanding the dynamic aspects of Digital Earth. However, the Big Data and complex models in Digital Earth pose grand challenges for computation infrastructures. In this article, taking the aerosol optical depth (AOD) retrieval as a study case, we exploit parallel computing methods for high efficient geophysical parameter retrieval. We present an efficient geocomputation workflow for the AOD calculation from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite data. According to their individual potential for parallelization, several procedures were adapted and implemented for a successful parallel execution on multi-core processors and Graphics Processing Units (GPUs). The benchmarks in this paper validate the high parallel performance of the retrieval workflow with speedups of up to 5.x on a multi-core processor with 8 threads and 43.x on a GPU. To specifically address the time-consuming model retrieval part, hybrid parallel patterns which combine the multi-core processor’s and the GPU’s compute power were implemented with static and dynamic workload distributions and evaluated on two systems with different CPU–GPU configurations. It is shown that only the dynamic hybrid implementation leads to a greatly enhanced overall exploitation of the heterogeneous hardware environment in varying circumstances.     

2000—2019年鄱阳湖生态经济区水源涵养时空变化

水源涵养是生态保护的一个重要方面,对鄱阳湖生态经济区生态保护具有重要意义。本文基于InVEST模型,对鄱阳湖生态经济区2000—2019年产水和水源涵养时空变化进行了分析,并运用空间自相关探究了高程、坡度与水源涵养功能的空间关系。结果表明:①鄱阳湖生态经济区多年平均产水深度为971.04 mm,多年平均水源涵养深度为299.298 mm;②2000—2019年水源涵养深度先上升后下降,变化幅度较大,整体呈上升趋势;③水源涵养功能呈地域分布,重要区和极为重要区主要分布在东部和西北部林地,一般重要区分布在鄱阳湖平原;④水源涵养与高程和坡度呈正相关,高值多出现在高海拔和坡度较大的地区。     

An improved dark object method to retrieve 500 m-resolution AOT (Aerosol Optical Thickness) image from MODIS data: A case study in the Pearl River Delta area,China

This paper presents an improved Dark Dense Vegetation (DDV) method for retrieving 500 m-resolution aerosol optical depth (AOT) based on MOD04-C005 arithmetic with the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) from the National Aeronautics and Space Administration (NASA). The improvements include change of the movement pattern of retrieval window, selection of a more suitable aerosol type, and storage of the look-up table. The method is then applied to obtain the AOT over the Pearl River Delta region (PRD). By comparing the results with the co-temporal ground sunphotometer observations in 2010, the correlation coefficient is found to be 0.794 with RMSE 0.139 and their variations remain consistent. Contrasts between model values in 2008 and MODIS AOT products in the same date also reveal a high accuracy of the improved DDV method. We also performed sensitivity tests to analyze the impacts of several parameters on apparent reflectance at different bands, and the results show that apparent reflectance is much more sensitive to surface reflectance and AOT than to elevation.     

长江经济带人口城镇化空间格局及驱动力分析

针对驱动力对人口城镇化的空间变异特征分析不足的问题,该文以长江经济带市域为基本单元,借助社会经济数据,引入自然环境数据,建立了经济、社会、环境和土地因子的测度指标体系。运用探索性空间数据分析和地理加权回归模型,定量分析人口城镇化的空间格局、动力因子以及空间分异性。结果表明:人口城镇化水平区域间差异显著,呈现明显的空间集聚性,形成了"圈层集中-东西对立-中心联动-梯度明显"的分布格局。动力因子对各地区人口城镇化的影响呈现明显的空间异质性,环境因子和经济因子是长江经济带人口城镇化发展的主要影响因素,动力因子的影响程度和变化趋势能够客观的反映出区域经济发展、环境状况、社会发展和土地现状对城镇化发展在空间上的影响。     

Testing estimation of water surface in Italian rice district from MODIS satellite data

Recent changes in rice crop management within Northern Italy rice district led to a reduction of seeding in flooding condition, which may have an impact on reservoir water management and on the animal and plant communities that depend on the flooded paddies. Therefore, monitoring and quantifying the spatial and temporal variability of water presence in paddy fields is becoming important. In this study we present a method to estimate dynamics of presence of standing water (i.e. fraction of flooded area) in rice fields using MODIS data. First, we produced high resolution water presence maps from Landsat by thresholding the Normalised Difference Flood Index (NDFI) made: we made it by comparing five Landsat 8 images with field-obtained information about rice field status and water presence. Using these data we developed an empirical model to estimate the flooding fraction of each MODIS cell. Finally we validated the MODIS-based flooding maps with both Landsat and ground information. Results showed a good predictability of water surface from Landsat (OA = 92%) and a robust usability of MODIS data to predict water fraction (R² = 0.73, EF = 0.57, RMSE = 0.13 at 1 × 1 km resolution). Analysis showed that the predictive ability of the model decreases with the greening up of rice, so we used NDVI to automatically discriminate estimations for inaccurate cells in order to provide the water maps with a reliability flag. Results demonstrate that it is possible to monitor water dynamics in rice paddies using moderate resolution multispectral satellite data. The achievement is a proof of concept for the analysis of MODIS archives to investigate irrigation dynamics in the last 15 years to retrieve information for ecological and hydrological studies.