基于HJ-1数据的木孜塔格峰地区雪深时空变化

以木孜塔格峰地区为研究区,从不同坡度、坡向的样方内测量雪深和采集光谱,通过分析归一化差分雪盖指数（Normalized Difference Snow Index,NDSI）、反照率、HJ-1卫星的红外波段反射率与雪深的相关关系,建立了适用于HJ-1星的积雪深度反演模型,估算出2012年4月14日-25日木孜塔格峰地区的雪深时空变化,并结合实测数据进行验证。结果表明:反照率反演模型的复相关系数为0.992;通过NDSI阈值区分混合雪盖像元和积雪像元,雪深估测精度可达92.78%。冰川区的反照率、NDSI与海拔的相关系数分别为0.626和0.733,且高海拔带反照率值明显高于低海拔带的反照率值。受西风带降雪的影响,非冰川区的北坡雪深值较大;西坡、南坡次之;东坡最小,且雪深最大值出现在坡度约等于10°处。雪深估测的相对误差随着样地的坡度增大而增加,坡度为15°时相对误差较大。     

基于环境一号（HJ-1A/1B）卫星图像的浑善达克沙地荒漠化变化检测

本文旨在通过计算浑善达克沙地（北纬43°08′,东经119°38′)2006年～2009年的植被覆盖度,进行变化检测。研究结果表明：研究区西部森林砍伐现象严重,而北部和东北部地区植被恢复良好。该项目表明,新设计的环境卫星在探测荒漠化方面是有效的,而受测试的用于提取森林覆盖面积的植被覆盖度方法,对于绘制研究区域的荒漠化变化是有用的。     

基于面向对象方法和多时相HJ-1影像的湿地遥感分类——以完达山以北三江平原为例

以中国东北地区完达山以北三江平原(下简称小三江平原)为研究对象,利用2010年多时相HJ-1A卫星和HJ-1B卫星CCD影像作为分类数据源,结合野外调查数据,应用多尺度分割算法,根据影像的丰富信息和物候、时相等特征,采用面向对象的分类方法,进行小三江平原的湿地遥感分类。结果表明,湿地二级分类的总体精度为85.45%,总体Kappa系数为0.81。小三江平原湿地主要分布在低洼地区,总面积为9084.16km2;其中,天然湿地面积为2635.09km2,人工湿地面积为6449.07km2。集中分布的水田是小三江平原最主要的景观类型;天然湿地主要分布在自然保护区、河岸附近和国界周围;其中,草本沼泽面积最大。本研究表明,面向对象的分类方法能够有效利用遥感影像提供的丰富信息,产生较高的分类精度;对于中分辨率遥感影像不同分割尺度的组合使用有利于湿地信息的提取。降雨量较多、较少月份影像的选取和物候规律的利用是提取湿地信息的关键。多时相遥感影像数据的使用,改善了洪泛湿地和森林沼泽的分类效果,尤其是水田边界的划分;同时可以提高湿地分类精度。基于面向对象的遥感方法,利用多时相的中分辨率遥感影像,能够获取较高精度的湿地分布信息,是一种成本较低且行之有效的技术手段。     

以HJ-1卫星遥感数据估算高寒草地植被净第一性生产力的潜力评估——以若尔盖草地为例

基于HJ-1卫星数据、数字高程数据、气象数据和地面实测数据,利用改进后的CASA模型估算了2010年若尔盖草地的植被净第一性生产力（NPP）,以评价该卫星数据在高寒草地NPP估算中的应用潜力。结果表明：（1）利用改进后的CASA模型模拟草地生物量,通过与实测地上生物量比较,两者的相关程度较高,R2=0.8726。模拟精度达80%,因此可以作为估产模型实际应用;（2）利用改进后的CASA模型模拟草地NPP,模拟结果比其他研究结果略大,但更适合于若尔盖草地;（3）HJ-1卫星数据为高寒草地NPP的估算提供了高时间和高空间分辨率的数据源。     

基于HJ-1B的城市热岛季节变化研究——以北京市为例

基于中国的HJ-1B卫星反演地表温度,通过建立一种2.5维高斯表面模型来对北京城市热岛建模,定量描述热岛的位置、形状和大小,并用这种模型来描述城市热环境及其季节变化。研究发现,北京市热岛效应季节变化明显,夏季市中心形成热岛且强度和范围最大,冬季城区中心变成冷岛。在2009年夏季,北京市热岛区域东西横跨33.92 km,南北横跨40.92 km,面积约为1 090.14 km2。相对的,在冬季,北京市区温度比郊区低,从而形成一个冷岛。研究表明HJ-1B卫星是城市热环境监测中的一个良好的数据源。     

基于3S技术的城乡一体化进程监测评价方法及应用——以浙江嘉善县为例

基于3S技术构建城乡一体化进程监测评价指标体系和综合评价模型,以浙江嘉善县为例开展监测评价。结果表明：嘉善县各乡镇城乡一体化程度综合指数差值不超过1.95倍,发展较均衡;2003~2015年间人口城镇化率上升了20.4%;各乡镇内部道路系统密度差异由18倍缩小到4.3倍,城乡道路网络系统由单核向多核演变;各乡镇城乡收入差距在2倍之内且呈缩小趋势;城乡居民地空间布局比较均衡,城镇带动周边农村居民点快速发展。该指标体系在客观性和空间表达等方面发展了城乡统筹定量研究方法。     

基于3S技术的金沙江干热河谷区LUCC研究——以云南省元谋县为例

以云南省元谋县为例,集成3S技术,对多期Landsat-TM数据进行土地利用/土地覆被信息提取及建立数据库,采用单一土地利用/土地覆被动态度和综合土地利用/土地覆被动态度指标,分析金沙江干热河谷区土地利用/土地覆被结构变化规律,提出基于生态环境建设的金沙江干热河谷区土地利用优化对策。并结合DEM数据分析分析金沙江干热河谷区土地利用/土地覆被垂直分异及其变化规律,结果表明：1.草地和林地是土地利用/土地覆被的主体,但林地以疏林地为主,草地以低、中覆盖度草地为主,具有相当大的敏感性和脆弱性;2.土地利用较为粗放,如水浇地占耕地、人工草地占草地及城乡建设用地占总用地面积的比例等相对较低;3.土地利用/土地覆被结构发生了较快的变化,耕地、草地、水域、未利用土地面积有所减少,而林地、城乡建设用地面积增长较快;4.低山区和中低山区为以林草地为主、耕地亦有一定比例的类农林牧交错带,是干热河谷区生态环境最脆弱的地带。     

基于Landsat8与GEOEYE-1数据融合的天山北坡县域蒸散量计算——以呼图壁县为例

基于Landsat 8与GEOEYE-1遥感数据,使用多尺度遥感方法,以新疆呼图壁县为例,利用SEBS模型计算天山北坡县域蒸散量,服务小流域和县域为管理单元的最严格水资源管理。针对军塘湖河流域耕地、呼图壁河流域耕地和北部荒漠-绿洲过渡带,应用2 m分辨率GEOEYE-1影像计算得NDVI和基于NDVI-T_R法模拟的地表温度。将获得的地表温度和NDVI作为SEBS模型的重要参数计算地表蒸散量,采用自制小型蒸渗仪观测数据对估算结果进行评估。结果表明:在使用中分辨率影像Landsat 8估算地表蒸散量过程中加入GEOEYE-1反演的个别参数,大部分估算结果更加接近自制微型蒸渗仪测定值,估算绝对误差最大值出现在裸地,为28.5%,远低于使用Landsat 8影像的54.8%,说明高分影像的参与有助于提高模型估算效率。     

基于HASM方法对气候模式气温降水的降尺度研究——以黑河流域为例

基于空间平稳性分析,引入地理因素结合回归分析及高精度曲面建模方法（HASM）对黑河流域多年平均气温、降水给出了降尺度模拟。基于过去器测资料的验证,提出了CMIP5模式资料的合理降尺度方法。比较了降尺度结果与站点实测值的差异,同时比较了所给出的方法与经典插值方法的模拟精度。最后,基于历史时期T₁（1976—2005年）的降尺度方法结合RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5不同情景下未来时段T₂（2011—2040年）、T₃（2041—2070年）、T₄（2071—2100年） CMIP5模式结果,对降尺度方法进行了修正,给出了未来时段气温的降尺度模拟公式,并基于此对上述3种情景下多年平均气温的CMIP5模拟结果进行了降尺度模拟。结果表明：本文所提出的降尺度方法模拟结果与站点观测值具有较好的相关性,且精度高于其他经典插值方法。对未来时段的模拟结果表明,升温最快的是RCP8.5情景,在2071—2100年,除祁连山地区外,大部分地区年平均气温大于10℃。     

Comparison and analysis of snow cover data based on different definitions of snow cover days

In order to analyze the differences between the two snow cover data, the snow cover data of 884 meteorological stations in China from 1951 to 2005 are counted. The data include days of visual snow observation, snow depth, and snow cover durations, which vary according to different definitions of snow cover days. Two series of data, as defined by "snow depth" and by "weather observation," are investigated here. Our results show that there is no apparent difference between them in east China and the Xinjiang region, but in northeast China and the Tibetan Plateau the "weather observation" data vary by more than 10 days and the "snow depth" data vary by 0.4 cm. Especially in the Tibetan Plateau, there are at least 15 more days of "weather observation" snow in most areas (sometimes more than 30 days). There is an obvious difference in the snow cover data due to bimodal snowfall data in the Tibetan Plateau, which has peak snowfalls from September to October and from April to May. At those times the temperature is too high for snow cover formation and only a few days have trace snow cover. Also, the characteristics and changing trends of snow cover are analyzed here based on the snow cover data of nine weather stations in the northeast region of the Tibetan Plateau, by the Mann-Kendall test. The results show significantly fewer days of snow cover and shorter snow durations as defined by "snow depth" compared to that as defined by "weather observation." Mann-Kendall tests of both series of snow cover durations show an abrupt change in 1987.     

基于GF-1的青藏高原东南部积雪分布及MODIS积雪产品适用性研究

青藏高原东南部海拔高,地形复杂,云量大,准确掌握该地区的积雪分布特征对于积雪灾害防治非常重要。论文以2013—2019年冬季积雪积累期云量符合要求的35景高分一号(GF-1)影像为基础,将全色影像和多光谱影像融合为2 m分辨率影像,通过目视解译获取了研究区积雪的空间分布特征,结合改进后的30 m分辨率SRTM DEM,探讨了地形对积雪分布的影响。结果表明：积雪像元在研究区范围内占比为33.1%。积雪的垂直分布特征明显：积雪在高程带4000~5000 m(高海拔)处分布较集中,积雪面积占比为18.1%;在高程带0~2000 m、2000~3000 m和6000~7000 m处积雪面积占比均不到0.1%。积雪在北坡、东北坡的分布比例较高,均为15%以上;在南坡、西坡、西南坡、东南坡分布比例较低,均为10%左右。将基于GF-1影像获取的积雪分布分别与同日获取的根据MODIS V6积雪产品计算的积雪比例(MODIS FSC)和积雪分布的对比表明,64.4%的MODIS FSC像元绝对误差不超过10%,MODIS积雪分布产品对含雪像元的漏分率和误分率平均为33.8%和32.7%,说明MODIS积雪产品在研究区的精度还具有较高的不确定性,其对低覆盖积雪反演的精度较差。这表明利用MODIS积雪产品研究青藏高原东南部积雪的时空变化特征时还需要对其积雪反演算法进行改进,同时亟需加强地面观测和基于多源遥感数据的积雪研究。研究结果可为青藏高原东南部雪冰灾害防治提供支撑。     

2002—2018年叶尔羌河流域积雪时空变化研究

积雪是冰冻圈中较为活跃的因子,对气候环境变化敏感,其变化影响着全球气候和水文的变化。积雪覆盖日数(SCD)、降雪开始时间(SCOD)和融雪开始时间(SCMD)是影响地表物质和能量平衡的主要因素。使用MODIS无云积雪产品提取了叶尔羌河流域2002年7月-2018年6月逐日积雪覆盖率(SCP),基于像元计算了SCD、SCOD和SCMD,系统地分析了其空间分布与变化特征,并探讨了其变化的原因及积雪面积的异常变化与ENSO的联系。结果表明:(1)研究时段内,流域的积雪覆盖面积呈微弱减少趋势,与气温呈显著负相关,与降水呈显著正相关;2002-2018年,SCP随海拔的升高呈明显的线性增加趋势(R2=0.92、P<0.01));各海拔高度带最大SCP出现的月份大致随海拔的上升往后推迟,最小SCP出现月份无显著变化(集中在8月),海拔4000 m以下,春季的SCP小于冬季,海拔4000 m以上,春季的SCP大于冬季。(2)SCD、SCOD和SCMD有明显的海拔梯度,在流域内,从东北至西南,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征;变化趋势上,流域91.9%的区域SCD表现为减少,65.6%的区域SCOD有往后推迟的趋势,77.4%的区域SCMD表现出提前的趋势。(3)2006、2008年和2017年积雪覆盖面积异常偏大,而在2010年则异常偏小,其原因可能是ENSO影响了积雪的变化。(4)以喀喇昆仑为主的高海拔地区,包括帕米尔高原东部的部分地区,其SCD、SCOD和SCMD分别表现出增加、提前和推迟的趋势,这种变化与其春秋温度的持续走低以及降水量的增加有关。     

Atmospheric correction of HJ-1 A/B CCD over land: Land surface reflectance calculation for geographical information product

This paper proposed a method to retrieve the land surface reflectance from the HJ-1A/B CCD data. The aerosol optical depth（AOD）, the most important factor affecting the atmospheric correction of CCD images at all bands, is proposed to retrieve from the CCD imagery by the approach of dense dark vegetation（DDV） method. A look-up table in terms of the transmittances, the path radiances and the atmospheric spherical albedo as functions of the AOD was established for a variety of sun-sensor geometry and aerosol loadings. The atmospheric correction is then achieved with the look-up table and the MODIS surface reflectance output（MOD09） as the priori datasets. Based on the retrieved AOD and the look-up table of atmospheric correction coefficients, the land surface reflectance was retrieved for the HJ-1A/B data according to the atmospheric radiative transfer equation. Some in-situ measurement Data for Yanzhou of Shandong province in East China and MODIS land surface reflectance products MOD09 are used to preliminarily validate the proposed method. The results show that the proposed method can remove effectively the atmospheric contributions, and the overall accuracy of the retrieval land surface reflectance can be improved substantially.     

Measurements of physical characteristics of summer snow cover on sea ice during the Third Chinese Arctic Expedition

The spatial distribution of snow cover on the central Arctic sea ice is investigated here based on the observations made during the Third Chinese Arctic Expedition. Six types of snow were observed during the expedition: new/recent snow, melt-freeze crust, icy layer, depth hoar, coarse-grained, and chains of depth hoar. Across most measurement areas, the snow surface was covered by a melt-freeze crust 2-3 cm thick, which was produced by alternate strong solar radiation and the sharp temperature decrease over the summer Arctic Ocean. There was an intermittent layer of snow and ice at the base of the snow pack. The mean bulk density of the snow was 304.01±29.00 kg/m3 along the expedition line, and the surface values were generally smaller than those of the subsurface, confirming the principle of snow densification. In addition, the thicknesses and water equivalents of the new/recent and total-layer snow showed a decreasing trend with latitude, suggesting that the amount of snow cover and its spatial variations were mainly determined by precipitation. Snow temperature also presented significant variations in the vertical profile, and ablation and evaporation were not the primary factors in the snow assessment in late summer. The mean temperature of the surface snow was 2.01±0.96°C, which was much higher than that observed in theinterface of snow and sea ice.     

Impacts of snow cover and frozen soil in the Tibetan Plateau on summer precipitation in China

This paper presents an analysis of the mechanisms and impacts of snow cover and frozen soil in the Tibetan Plateau on the summer precipitation in China, using RegCM3 version 3.1 model simulations. Comparisons of simulations vs. observations show that RegCM3 well captures these impacts. Results indicate that in a more-snow year with deep frozen soil there will be more precipitation in the Yangtze River Basin and central Northwest China, western Inner Mongolia, and Xinjiang, but less precipitation in Northeast China, North China, South China, and most of Southwest China. In a less-snow year with deep frozen soil, however, there will be more precipitation in Northeast China, North China, and southern South China, but less precipitation in the Yangtze River Basin and in northern South China. Such differences may be attributed to different combination patterns of melting snow and thawing frozen soil on the Plateau, which may change soil moisture as well as cause differences in energy absorption in the phase change processes of snow cover and frozen soil. These factors may produce more surface sensible heat in more-snow years when the frozen soil is deep than when the frozen soil is shallow. The higher surface sensible heat may lead to a stronger updraft over the Plateau, eventually contributing to a stronger South Asia High and West Pacific Subtropical High. Due to different values of the wind fields at 850 hPa, a convergence zone will form over the Yangtze River Basin, which may produce more summer precipitation in the basin area but less precipitation in North China and South China. However, because soil moisture depends on ice content, in less-snow years with deep frozen soil, the soil moisture will be higher. The combination of higher frozen soil moisture with latent heat absorption in the phase change process may generate less surface sensible heat and consequently a weaker updraft motion over the Plateau. As a result, both the South Asia High and the West Pacific Subtropical High will be weaker, hence causing more summer precipitation in northern China but less in southern China.     

基于FY-3D/MERSI-Ⅱ归一化积雪指数和MOD10A1的精度对比分析

风云三号D星(FY-3D)是我国新一代极轨气象卫星,中分辨率光谱成像仪Ⅱ(MERSI-Ⅱ)是其携带的核心传感器之一,MERSI-Ⅱ实现了云、气溶胶、水汽、陆地表面特性、海洋水色等大气、陆地、海洋参量的高精度定量反演。选取2018年7、8月无云时相的FY-3D/MERSI-Ⅱ数据对天山中段终年积雪进行归一化积雪指数(NDSI)的计算。结合高分辨率Landsat-8影像,利用混淆矩阵对FY-3D/MERSI-Ⅱ数据计算结果与同期MODIS日积雪产品数据MOD10A1进行精度对比分析。结果表明:FY-3D/MERSI-Ⅱ图像平均总体精度为0.855,MOD10A1图像平均总体精度为0.820,FY-3D/MERSI-Ⅱ积雪覆盖提取平均总体精度比MOD10A1积雪覆盖提取平均总体精度高0.035。FY-3D/MERSI-Ⅱ的Kappa系数平均值为0.659,MOD10A1的Kappa系数平均值为0.558,FY-3D/MERSI-Ⅱ的Kappa系数平均值大于MOD10A1的Kappa系数平均值。故FY-3D/MERSI-Ⅱ数据提取积雪覆盖面积精度更高,更接近高分辨率Landsat-8影像目视解...     

北半球积雪/海冰面积与温度相关性的差异分析

积雪和海冰的时空变化对区域以及全球的气候、水文具有重要影响。基于雪冰数据和NCEP再分析气温数据,利用MK检验、滞后分析等方法,分析了积雪、海冰的时空变化特征及其与温度的相关特征。结果表明：1979-2013年,北半球积雪区、北极圈的年均温度呈显著上升的趋势,而积雪面积和海冰面积呈显著下降的趋势。在大部分地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著减少的趋势,但在中国长江中下游、青藏高原等局部地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著增加趋势。在大部分的近陆地海域,海冰覆盖频率随着温度的上升呈显著下降趋势。超前时间1~2个月的温度与海冰面积的负相关性最高。超前1~4个月的温度与积雪面积的负相关性最高。温度对海冰的影响时间比对积雪的影响时间长1~2个月。温度变化对海冰和积雪的影响存在一致性,但积雪和海冰对温度的响应时间存在差异,具有空间变异性。     

基于MODIS积雪产品的高亚洲融雪末期雪线高度遥感监测

以2001—2016年逐日MODIS积雪产品为主要数据源,在高亚洲区域发展了大尺度融雪末期雪线高度的遥感提取方法,并对其2001—2016年的时空变化特征进行了分析。提取方法首先对逐日的MODIS积雪覆盖率产品进行去云处理,获得积雪覆盖日数（SCD）数据集;并用冰川年物质平衡观测数据、融雪末期Landsat数据对提取终年积雪的MODIS SCD阈值进行率定;最后以MODIS SCD提取的终年积雪面积结合地形“面积—高程”曲线实现大尺度融雪末期雪线高度信息的提取。结果表明：① 高亚洲融雪末期雪线高度的空间异质性较强,总体上呈南高北低的纬度地带性分布规律;并因受山体效应的影响,雪线高度由高海拔地区向四周呈环形逐渐降低的特点。② 高亚洲2001—2016年融雪末期雪线高度总体上表现为明显的增加趋势。在744个30 km的监测格网中,24.2%的格网雪线高度呈显著增加,而仅0.9%的格网呈显著下降。除兴都库什、西喜马拉雅外,其他地区雪线高度均表现为升高趋势,显著上升的地区主要分布在天山、喜马拉雅中东部和念青唐古拉山等,其中以东喜马拉雅升高最为显著（8.52 m yr ^-1）。③ 夏季气温是影响高亚洲融雪末期雪线高度变化的主要因素,两者具有显著的正相关关系（R = 0.64,P < 0.01）。