基于MODIS数据的雪深反演--以天山北坡经济带为例

应用中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据进行雪深遥感反演理论和方法的研究.利用全波 段地物光谱仪对不同深度的积雪进行反射光谱值野外量测且同步测定雪深,通过分析雪深和 反射光谱值的关系确定反演雪深的MODIS最佳观测通道,应用新疆地区冬季MODIS 1B数据, 以天山北坡经济带为实验区,结合该区域同期气象台地面雪深观测记录数据建立雪深遥感反 演数学公式.雪深反演结果与实测值对比表明,应用MODIS数据进行大区域雪深反演时 ,其结果具有分辨率高、监测范围广的特点,可以清楚反映积雪覆盖范围和雪深空间分布特征,对地表径流量计算、农业开发等具有应用价值.     

海洋悬浮泥沙二元特征参数MODIS遥感反演模型研究

本文提出了一种采用海面离水辐射率和泥沙粒径二元特征参数来反演研究海区(渤海)海洋表层悬浮泥沙浓度的新的遥感反演算法,以此为基础分别建立了基于MODIS遥感数据和泥沙粒径二元特征参数的主成分和神经网络两种泥沙浓度反演模型,并对比分析了两类模型的反演精度以及泥沙粒径因子对模型的影响。分析结果表明,新建立的二元特征参数反演算法在采用主成分模型和神经网络模型时的检验误差分别为0.256和0.244,而忽略泥沙粒径因子贡献的主成分模型和神经网络模型的检验误差分别为0.384和0.390,因此可以认为,在泥沙浓度反演模型中加入粒径因子时,模型的预测精度和模型稳定性均比只考虑浓度对反射率贡献的模型有显著改善。     

渤海海洋悬浮泥沙二元特征参数MODIS遥感反演模型研究

This paper brought out a new idea on the retrieval of suspended sediment concentration, which uses both the water-leaving radiance from remote sensing data and the grain size of the suspended sediment. A principal component model and a neural network model based on those two parameters were constructed. The analyzing results indicate that testing errors of the models using the two parameters are 0.256 and 0.244, while the errors using only water-leaving radiance are 0,384 and 0.390. The stability of the models with grain size parameter is also better than the one without grain size. This research proved that it is necessary to introduce the grain size parameter into suspended sediment concentration retrieval models in order to improve the retrieval precision of these models.     

基于MODIS反演祁连山七一冰川雪粒径

基于MODIS 500 m分辨率数据,利用MODTRAN 4+模型和可见光波段、近红外波段的波段比方法反演雪粒径,建立1个消融期内的雪粒径变化的时间序列,通过采集七一冰川上设立的观测点对应时间段内雪粒径验证MODIS模拟的雪粒径值,结合位于观测点附近的气象站的气温数据,探讨气温对雪粒径的影响。结果表明,雪粒径的增长存在着明显的日变化趋势;模拟的雪粒径普遍高于实测的雪粒径值,因此反演模型需要约为1.1倍的校正因子;气温对雪粒径的影响显著。     

用EOS/MODIS资料反演积雪深度参量

利用EOS/MODIS可见光、近红外及短红外多通道资料以及新疆地区积雪深度气象台站实测资料等,在考虑积雪性质包括积雪粒子相态、积雪年龄等的差异以及积雪区的下垫面条件包括地表粗糙度、土地覆盖类型等的不同的情况下进行积雪分类,在此基础上,建立EOS/MODIS积雪深度反演模型,实现深度在30 cm以内的积雪深度反演的主要原理、思路及方法,并对模型的反演结果进行了验证。结果表明,利用该模型对30 cm以内的积雪进行深度反演计算,其精度能达到80%以上。     

基于MODIS数据的青海湖流域地表温度反演研究

地表温度是检测地球环境变化的重要指标,将地表温度与气象观测资料相结合可以更准确地检测地表履被、土壤湿度及水分含量变化。利用MODIS数据对青海湖流域地表温度进行反演,将反演结果与实测0 cm地面温度对比分析,显示反演的地表温度值与实测0 cm地面温度值平均差-1.05℃,在当前遥感反演地表温度的误差之内。结果表明地表温度和气象观测资料相结合,可以用于监测地表温度的变化,进而建立偏远地区气候资源数据库。     

利用MODIS可见光波段反演陆地气溶胶光学厚度

利用Herold等建立的地表反射率库及MODIS遥感影像研究城市区和非城市区典型地物在可见光红蓝波段地表反射率的比值特性。在此基础上,利用MODIS 1km分辨率遥感影像红蓝可见光波段实现了气溶胶光学厚度的反演,采用卫星过境时间前后半小时北京和香河AERONET站的气溶胶光学厚度观测平均值作为验证参考。结果显示,66.67%的反演结果处于±0.05±0.15τ的误差界限内,反演算法不受地表反射率的限制,而且只利用了可见光红蓝波段,避免缺少近红外波段数据的限制。     

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MODIS的青藏高原湖泊透明度遥感反演

湖泊透明度是湖泊水体性质的一个重要参数,是湖泊浮游生物和进入湖泊的有机和无机颗粒溶解程度的综合反映,对湖泊生态环境研究具有重要的科学及实践意义。遥感影像是获取面积广、时间长的湖泊透明度的重要手段,但由于实测数据缺乏,目前对青藏高原地区湖泊透明度的遥感反演研究相对不足。本文基于青藏高原地区24个湖泊实测透明度SD(Secchi Depth)值和相应的MODIS遥感影像,建立了该地区湖泊水体透明度SD值MODIS遥感反演模型。结果表明：基于MODIS绿色波段B4的单波段幂函数模型在该地区反演效果最好,精度较高(R2=0.91, N=24),并具有较好的稳定性。以当惹雍错为例,选用该模型反演得到湖泊透明度的时间变化序列,发现该湖存在明显的季节波动和较为明显的年际变化。初步分析得出,降水/融水季节的湖泊透明度与湖泊所在流域的降水率具有密切的关系。本文结果表明,利用遥感手段能够有效地开展青藏高原地区湖泊透明度的反演,可为进一步深入研究该地区湖泊透明度及其影响要素奠定基础。     

基于MODIS数据估算晴空陆地光合有效辐射

陆-气圈层物质与能量交换的核心过程是植物的光合作用,而光合有效辐射则是影响光合作用过程的关键因子,在不同的陆地生态系统模型中,都是重要的输入参数。作者以MODIS卫星数据为基础,反演晴空下影响光合有效辐射的大气因子参数大气可降水量、气溶胶,根据辐射传输方程从大气顶层光合有效辐射反演高分辨率陆地光合有效辐射。算法采用查找表替换辐射传输模型,使其能够对大批量、像元级的数据进行处理。将该算法应用于对华北平原的部分区域进行反演,并使用中国生态网络禹城试验站的自动测量数据对结果进行检验,最大误差在10%以内。     

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.     

基于反射率和亮度温度的锡林郭勒积雪深度估算

积雪是我国西北干旱半干旱区重要的水资源,也是影响全球气候变化的重要因子之一。目前光学影像反射率和雷达亮温数据是积雪遥感领域的主要数据,本文首次结合两类遥感数据估算积雪深度,并比较偏最小二乘法和机器学习算法(人工神经网络、支持向量机和随机森林算法)在积雪深度估算方面的表现。以锡林郭勒盟2012—2015年积雪深度数据为例,基于反射率和亮度温度相结合的积雪深度估算精度优于单个数据源,且随机森林算法表现最好,均方根误差为2.93cm,满足实际应用的需求。研究结果对我国西北地区水资源分布、生态环境评估等研究具有重要意义。     

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。     

基于MODIS数据中国天山积雪面积时空变化特征分析

基于2011-2015年MOD10A2积雪产品和气象数据,通过几何校正、去云预处理,应用归一化差分积雪指数算法等获取中国境内天山山区积雪覆盖面积数据,分析了积雪面积的时空变化特征及与气温降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积呈单峰变化,9月开始积累,次年1月达峰值,3月气温回暖消融加速,至7月最小。春秋季波动较大但没有明显的增减趋势,夏季积雪面积最小,冬季最大且呈减小趋势。（2）2001-2015年积雪覆盖面积整体上呈减少趋势,积雪覆盖率最大值的波动比最小值的波动更加剧烈。（3）积雪覆盖率随着海拔升高而增大,海拔<1 500 m区域积雪覆盖率低于10%,海拔>4 500 m以上区域平均可达70%,为常年稳定积雪区。积雪覆盖率在西北坡最高,南坡最低。（4）年均气温升高是积雪覆盖面积减小的主因,年积雪覆盖面积变化与年降水量变化保持一致的下降趋势。     

基于NDSI-Albedo特征空间的MODIS积雪丰度信息反演方法研究

积雪是新疆地区重要的水源补给,是冰冻和融雪洪水灾害的直接原因,也是水资源管理、气候变化、灾害防治和融雪模拟预报的主要参数。针对多种积雪信息提取方法的优缺点,提出运用特征空间方法,构建积雪丰度反演模型,并与支持向量机提取积雪丰度进行精度对比分析,NA模型方法的相关系数（R²）值比支持向量机方法高2.4百分点,而均方根误差（RMSE）提高了0.106。结果表明：利用归一化差分积雪指数（NDSI）和反照率（Albedo）建立二维特征空间反演积雪丰度的方法是可行的,并且提取精度优于支持向量机（SVM）方法。因此,该方法对水资源管理、气候变化以及洪水模拟预测等方面的研究具有一定参考意义。     

A new MODIS daily cloud free snow cover mapping algorithm on the Tibetan Plateau

Because of similar reflective characteristics of snow and cloud, the weather status seriously affects snow monitoring using optical remote sensing data. Cloud amount analysis during 2010 to 2011 snow seasons shows that cloud cover is the major limitation for snow cover monitoring using MOD10A1 and MYD10A1. By use of MODIS daily snow cover products and AMSR-E snow water equivalent products (SWE), several cloud elimination methods were integrated to produce a new daily cloud free snow cover product, and information of snow depth from 85 climate stations in Tibetan Plateau area (TP) were used to validate the accuracy of the new composite snow cover product. The results indicate that snow classification accuracy of the new daily snow cover product reaches 91.7% when snow depth is over 3 cm. This suggests that the new daily snow cover mapping algorithm is suitable for monitoring snow cover dynamic changes in TP.     

A new MODIS daffy cloud free snow cover mapping algorithm on the Tibetan Plateau

Because of similar reflective characteristics of snow and cloud, the weather status seriously affects snow monitoring using optical remote sensing data. Cloud amount analysis during 2010 to 2011 snow seasons shows that cloud cover is the major limitation for snow cover monitoring using MOD10A1 and MYD10A1. By use of MODIS daily snow cover products and AMSR-E snow wa- ter equivalent products （SWE）, several cloud elimination methods were integrated to produce a new daily cloud flee snow cover product, and information of snow depth from 85 climate stations in Tibetan Plateau area （TP） were used to validate the accuracy of the new composite snow cover product. The results indicate that snow classification accuracy of the new daily snow cover product reaches 91.7% when snow depth is over 3 cm. This suggests that the new daily snow cover mapping algorithm is suitable for monitoring snow cover dynamic changes in TP.     

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）。     

基于EOS/MODIS遥感数据改进式融雪模型

在中国西部的中纬度干旱和半干旱山区,融雪水是极其重要的水资源,融雪径流对河流的补给量在春季甚至可达75%以上,但是急剧的融雪也容易引发洪水,所以从水资源的有效利用和洪水预警方面看,有必要了解大范围的积雪消融状况。基于积雪层能量平衡原理建立融雪模型,利用正午过境的EOS/MODIS的Terra卫星遥感数据反演模型中的参数,结合气象数据获得瞬时的能量平衡信息,然后根据B.Sequin、B.ltier和谢贤群的研究推算日融雪量,改善了融雪模型的算法。另外采用遥感数据对雪盖进行实时监测,避免在进行融雪量估算时候对无雪区的错误估算。