冠层光能利用率的叶绿素荧光光谱探测

设计了玉米生长期日变化试验,同步获取玉米冠层光谱和通量观测数据,探究从植被发射荧光光谱角度实现植被光能利用率可靠反演的可能性。运用涡度相关法获取群体生态系统净生产力(NEP),通过呼吸作用拟合得到冠层总初级生产力(GPP);在此基础上结合吸收光合有效辐射(APAR)获取冠层光能利用率(LUE);同时,利用叶绿素荧光光谱分离算法,提取了光合作用叶绿素荧光绝对强度和相对强度。结论表明,植被发射荧光光谱与光合有效辐射(PAR)显著正相关,760nm波段荧光与PAR的复相关系数R2在0.99以上;叶绿素荧光绝对强度与NEP和GPP显著正相关,荧光和NEP对环境日变化具有类似的响应特征;688nm和760nm植被发射的叶绿素荧光相对强度与LUEGPP存在可靠负相关关系,即叶绿素荧光强度越大,光能利用率越低。同时,通过比较几种植被指数与各种光合参量的相关性表明,叶绿素荧光能够更好的跟踪植被光合状态的变化,更适宜于植被光能利用率的探测。     

太阳诱导叶绿素荧光的卫星遥感反演方法

利用卫星遥感探测区域和全球尺度太阳诱导叶绿素荧光SIF(Solar-Inducedchlorophyll Fluorescence)近年来成为研究热点。由于地球大气吸收和散射的影响,卫星尺度的SIF反演问题较为复杂,科学界对该问题一直存在争议,不同科学团队提出了众多方法。本文介绍了大气层顶SIF反演的机理、难点及思路,总结了近10年来最新发展的大气层顶SIF反演算法,并将这些算法归纳为3类:基于辐射传输方程的算法、简化的物理模型算法和数据驱动算法,分析讨论了各算法的特点及适用性;以应用最广泛的数据驱动算法为例,基于GOME-2数据详细介绍了算法的中间环节及注意事项;最后回顾了卫星遥感反演SIF的发展历程,汇总了目前及未来具有荧光探测能力的星载传感器,并依据数据源的特点相应地给出了适用的SIF反演算法,为今后基于航空和卫星高光谱数据的SIF反演提供了依据。     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...     

基于植被指数和叶绿素荧光的总初级生产力估算

以大满超级站的通量数据和塔基光谱数据为数据源,使用3种植被指数与光合有效辐射的乘积、叶绿素荧光分别反演玉米冠层尺度的GPP,构建线性回归模型进行建模与验证。结果表明:(1)在全时期时间序列动态分析中,VI×PAR、SIF与GPP具有较高的一致性,整体变化情况为先增大后减小,在抽雄期间达到最大值;(2)抽雄前期选择NDVI×PAR、EVI2×PAR、CIred edge×PAR为优选模型,建模数据R~20.83,RMSE2.00 gC/m~2/d;抽雄后期选择CIred edge×PAR为优选模型,建模数据R~2=0.83,RMSE=2.20 gC/m~2/d;全时期选择EVI2×PAR、CIred edge×PAR为优选模型,建模数据R~20.79,RMSE2.30 gC/m~2/d。基于SIF建立的GPP反演模型较为稳定,建模数据R~20.66,RMSE2.99 gC/m~2/d。     

叶绿素a荧光遥感研究进展

继叶绿素a反演的“蓝绿比值法”后,叶绿素a荧光遥感成为海水叶绿素a浓度反演的重要方法,对提高二类水体和赤潮水体的叶绿素a浓度的反演精度效果明显。本文回顾了人们对水体叶绿素a荧光的认识、测量和研究的历史过程,介绍了荧光产生的生物学机理以及它随叶绿素a浓度的正相关和“红移现象”等主要光谱特征。本文还总结了荧光量子产量、不同藻种生理状态、水体其他物质及大气的吸收等多种因素对叶绿素a荧光遥感的影响。基于对叶绿素a荧光光谱特征和影响因素的认识,人们相继建立了两种荧光遥感方法———基线荧光高度法和归一化荧光高度法。对于前景广阔的叶绿素荧光遥感领域,人们正进行着更深入的研究与探索,积累更多的现场数据和卫星同步数据,逐步完善和改进反演模型。     

叶绿素吸收的光合有效辐射比率的遥感估算模型研究

光合有效辐射比率（FPAR）是陆地生态系统碳循环研究的重要参数。根据FPAR的物理意义，本文提出了有效FPAR的概念：即叶绿素吸收的FPAR（FPARchl），利用模拟数据建立了有效FPAR信息模型。探讨了基于叶绿素含量估算有效FPAR的可行性，为进一步采用有效FPAR来估算NPP／GPP提供思路和途径。利用实测数据对有效FPAR模型进行验证表明：（1）叶片吸收的FPAR（FPARleaf）与有效FPAR（FPARchl）之间的差异较大。FPARchl通常不足FPARleaf的50％，两者之间虽存在一定的相关性，而这种相关性是非线性的；（2）叶绿素含量与FPARleaf的相关性较高，而与FPARchl的相关性更高，基于叶绿素含量可以以较高的精度估算FPARleaf和FPARchl经过验证，估算的平均相对误差分别为2．90％和6．6％；（3）应用模拟数据建立的FPARleaf及有效FPAR模型均在叶绿素含量大于20μg／cm。时估算的精度较高，而低于20μg／cm^2时估算的精度较低，本文中叶绿素含量大于20μg／cm^2的60个样本的FPARleaf及FPARchl的估算的平均相对误差，分别为1．79％和5．07％。     

FluorMOD模拟叶绿素荧光夫琅和费暗线反演算法不确定性分析

目前,利用夫琅和费暗线提取叶绿素荧光的3种最常用的算法有标准FLD方法、3FLD和i FLD方法。上述3种夫琅和费暗线算法在叶绿素荧光反演中得到了广泛应用,但各算法的不确定性研究相对薄弱,尚缺乏系统的分析。因此,本文的目标是阐明氧气吸收波段叶绿素荧光反演的不确定性,优化叶绿素荧光遥感探测指标,提高叶绿素荧光反演精度。利用Fluor MOD模型,模拟不同植被冠层参数、光谱分辨率SR、信噪比SNR条件下的冠层光谱,并比较分析这3种反演方法在不同参数条件下的不确定性。结果表明:3种方法在O2-A波段的反演精度均比在O2-B波段精度高,其中,i FLD和3FLD算法的反演精度相对较高,标准FLD的反演结果较差;随着SR的下降,3种算法的反演精度均有不同程度的下降,标准FLD算法的荧光提取精度受传感器SR的影响最大;随着SNR的增大,3种算法的反演精度有不同程度的升高,i FLD算法的荧光提取精度受信噪比的影响最大。由结果可以得出,3种反演算法在不同的参数条件下有其各自的局限性和优势;利用氧气吸收波段进行叶绿素荧光反演存在诸多不确定性,不确定性主要来源于吸收线内外反射率和荧光比值的真实值与估计值的偏差,叶绿素含量是影响这种偏差的一个主导因素;传感器性能对荧光提取结果也有显著的影响。     

利用SeaWiFS数据反演海岸地物光谱反射率

提出了一个利用SeaWiFS数据反演气溶胶光学厚度与沿岸地物光谱反射率的迭代算法.该算法借助于6S辐射传输模型,利用水色卫星的近红外通道由水体像元首先反演出0.55μm波段的气溶胶光学厚度,在所选影像晴空无云的条件下假定沿岸陆地上空的大气条件与水体上空的大气条件相同,然后再迭代计算出沿岸地物光谱反射率.给出了实际卫星数据计算的结果,并对可能出现的非清洁水体与气溶胶对时空变化引起的误差进行了数值模拟.     

落叶阔叶林冠层非光合组分对冠层FPAR的影响分析——一种分层模拟的方法

估算并消除冠层非光合组分(non-photosynthetic vegetation,NPV)吸收的光合有效辐射,对准确估算生态系统总初级生产力(gross primary productivity,GPP)具有重要意义。以落叶阔叶林为例,通过设置不同情景,应用任意倾斜叶片散射(scattering by arbitrary inclined leaves,SAIL)模型进行冠层光合有效辐射吸收分量(fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FPAR)的分层模拟,分析冠层NPV的FPAR的变动及其对冠层FPAR的贡献,并初步探讨落叶阔叶林NPV的FPAR的估算方法。结果表明,冠层NPV的FPAR的大小与冠层结构相关,在高覆盖度植被区NPV对冠层FPAR的贡献通常较小,但在低植被覆盖区的贡献会较高;NPV降低了冠层在近红外波段的反射;增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)与NPV的FPAR存在显著的线性负相关关系,可用来描述NPV的变化。     

基于CBERS-02卫星数据的参数定量反演算法及软件设计

针对中巴资源(CBERS-02)卫星数据的定量化处理技术进行比较概括的阐述.在中国卫星应用中心已有的产品体系基础上,考虑CBERS卫星多波段摄像机、宽视场成像仪及红外多光谱扫描仪数据定量化的特点,建立了CBERS-02卫星数据定量化产品体系.并对其中的主要定量化过程与产品反演算法进行描述,具体包括CBERS-02数据的场地辐射定量标和交叉辐射定标结果、云监测算法、大气校正算法、地表反射率和反照率以及以此为基础的得到的植被指数等相关定量化产品算法.介绍了定量化处理CBERS-02卫星数据的软件,为CBERS-02数据的应用提供了技术支撑.     

大气PM2.5遥感制图研究进展

遥感技术具有时空大范围、低成本的独特优势,已经成为定量监测大气PM_(2.5)污染时空分布的重要手段。本文综述了大气PM_(2.5)遥感制图的进展:首先,对大气PM_(2.5)遥感反演方法进行了归纳,以及总结了现有大气PM_(2.5)遥感反演验证方法的适用条件与局限性;其次,对卫星反演大气PM_(2.5)合成产品偏差校正和大气PM_(2.5)无缝制图进行了梳理;最后总结了大气PM_(2.5)遥感制图的前沿研究方向。     

Benthic coverage and bottom topography of coral reef environment over Pirotan reef,Gulf of Kachchh region,India

Remote sensing measurements in coral reef environments commonly confront the problem of overlying atmosphere and modification of spectral signal due to water column over the bottom substrates. In order to correct these problems, hyperspectral observations offer an advantage over multispectral observations. Airborne hyperspectral remote sensing data from Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer- Next Generation (AVIRIS-NG) sensor was acquired during low tidal condition on 14 February 2016 at Pirotan reef, Gulf of Kachchh region, India. The objective of this study is to map benthic coverage and bottom topography over Pirotan reef. The methodology involved atmospheric correction, simultaneous retrieval of water parameters, bathymetry, water column correction and mapping. Atmospheric correction was performed by removing path radiance and aerosol contribution and dividing by atmospheric transmittance and incoming solar irradiance to obtain remote sensing reflectance. Model derived error minimization technique was used for simultaneous retrieval of water parameters and bathymetry. Derived water parameters were used to account for water column attenuation and retrieve concomitant true bottom signature.     

短波红外CO2反演过程约束研究及初步反演结果

短波红外通道卫星CO2遥感是近年国际研究热点。首先,开展了卫星观测对气溶胶及大气温度的敏感性研究;其次,针对基于最优化理论的非线性迭代反演方法反演过程中的不收敛问题,提出了修正的阻尼牛顿方法(MDNM),并利用模拟数据评估了MDNM方法的有效性;最后,利用GOSAT卫星数据反演CO2的垂直混合比浓度,并与地基TCCON站点数进行比对。研究结果表明:短波近红外CO2卫星遥感受气溶胶散射及温度影响明显;通过地基比对初步验证了MDNM具有良好的精度,两者的相关性R2达到了0.729。     

基于混合像元分解的南方地区植被覆盖度遥感监测——以广州市为例

通过测量图像端元的地表反射率,对遥感图像进行精确大气校正;在对混合像元分解模型进行改进的基础上,建立了基于地表反射率的线性混合像元分解( Liner Spectral Unmixing,LSU)模型,有效地避免了因大气时间、空间差异所造成的多时相误差,实现了多时相对比;通过增加土壤湿度因子,消除了土壤湿度差异造成的误差...     

植物叶绿素荧光遥感研究进展

按照遥感探测方法, 首先介绍了激光诱导荧光遥感的基本情况、荧光光谱特征和应用, 接着介绍了日光诱导荧光遥感研究的几种主要研究方法, 包括植被指数法和Fraunhofer线提取法, 以及日光诱导荧光在植物胁迫探测中的一些应用。最后, 对叶绿素荧光遥感的发展前景进行了分析。     

垂直气柱中大气微量成分总含量的反演

提出了一种利用地面中等光谱分辨率的太阳红外光谱反演整层大气中某几种微量成分总含量的方法,用逐线积分（ Ｌ Ｂ Ｌ） 法计算整层大气分子吸收,采用差分吸收法测量太阳红外光谱得到实际大气中微量成分的吸收,用最大似然法反演出微量成分的总量。详细分析了这种方法的可行性和反演精度,数值模拟分析和实际测量表明该方法有较高的精度,已把该方法用于监测实际大气中甲烷和水汽总含量的变化。     

多视觉特征与K-centroid聚类的高分辨率遥感图像检索

目前基于单一内容的高分辨率遥感图像检索具有描述片面、信息不精确的问题。针对此问题,充分利用遥感图像的颜色、形状和纹理特征,将三者综合起来,形成多视觉特征的遥感图像检索,并通过一系列的迭代运算,得到这三种特征对待不同类遥感图像时各占的最佳比例系数,从而得到较好的检索结果。并针对分别计算遥感图像的颜色、形状和纹理特征,再将其融合导致在大图像库中进行检索时检索速度较慢这个问题,引入改进的K-centroid聚类算法,先对遥感图像库中的图像进行聚类,大大缩小了检索的范围,提高了检索速度。实验结果表明,该方法具有较好的检索结果。     

从高光谱遥感影像提取植被信息

遥感可以快速有效地监测大面积植被的种类、特性、长势等各类信息。高光谱遥感数据因其特有的高光谱分辨率特性使其在植被生态环境领域具有极大的应用潜力。植被信息作为生态环境评价的重要参数对区域生态环境的监测和建设具有重要的意义。本文基于云南省鹤庆县北衙的高光谱遥感数据用SAM方法对植被信息进行了提取,参考光谱使用ASD光谱辐射仪采集的植被光谱曲线。文中对高光谱遥感影像的辐射定标和大气校正进行了研究,针对影响光谱辐射仪采集的主要因素采取了相应的措施,并对光谱曲线分类及参考光谱曲线的选取进行了研究。将选取出的参考光谱曲线与大气校正后的遥感影像进行SAM匹配提取出植被信息,经过与实地调查资料比较并计算总体精度和kappa系数,计算结果达到预期精度。最后将分类结果转换为矢量图,经过投影转换为大地坐标后制作出北衙植被分布图。     

长春净月潭遥感试验场大气光学特性研究

中国科学院长春净月潭遥感试验场是对国内外开放的进行遥感实验研究的场地。为了高质量地进行对地定量遥感，必须了解该场上空大气气溶胶的光学特性，以便进行有效的大气订正。另一方面大气气溶胶本身也是遥感的对象。为提供这一背景性信息，本工作利用试验场所装备的太阳直接辐照光谱仪在１９９０年（无火山活动期）与１９９１年（强火山爆发期）两年进行的观测，经分析整理和反演推导，获得该站上空气溶胶引起的光学厚度（消光）谱和由此反演得到的气溶胶粒子谱分布。由于两年分别代表火山平静和活动期的情况，所得结果将为该地区遥感大气订正提供依据，同时可供其它北半球中纬地区参考。     

Landsat卫星热红外数据地表温度遥感反演研究进展

作为驱动地表与大气之间能量交换的关键物理量,地表温度在众多领域中都发挥着重要作用,包括气候变化、环境监测、蒸散发估算以及地热异常勘探等.Landsat热红外数据因其时间连续性和高空间分辨率等特点被广泛应用于地表温度反演中.本文详细地介绍了Landsat热红外传感器及其可用的数据与产品的现状,梳理了2001年-2020年...