东中国海表层悬浮体浓度卫星遥感反演研究进展

用卫星遥感手段反演海洋表层悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)来研究其分布和输运的方法已经被广泛使用。东中国海属于水文和光学性质较为复杂的二类水体,表层悬浮体浓度的分布规律和水体的固有光学特性时空变化大,增加了遥感研究的难度。在对前人的研究进行比较和总结后发现,根据实测SSC数据对不同区域、不同时间段(季节、潮汐周期)建立分段模型可以提高整体反演精度。在选择参与反演的波段时,河口和近岸等高SSC海域以及远岸低SSC海域有各自不同的最优波段组合。高SSC海域常使用水体反射率第二反射峰、第一反射峰前波段作正比波段组合参与反演,低SSC海域常使用水体反射率第一峰波段作正比、峰前波段作反比参与反演。同时,在反演模型中考虑泥沙粒径的影响可以显著提升反演精度,并且也有可能在浅海区突破现有遥感研究手段的水深限制。目前模型精度评价标准使用较为混乱,平均相对误差、平均绝对误差和均方根误差等可以作为综合精度评价指标,模型的稳定性则可以用误差敏感性分析方法验证。高时空分辨率的海色卫星传感器的出现使得海洋短时间尺度事件的研究成为海色遥感研究的趋势之一。     

南海珊瑚礁光学浅水海域多光谱遥感水深反演

海洋水深信息对研究珊瑚礁海域资源与环境具有重要作用。南海珊瑚礁海域测深数据受多种条件限制施测困难,在时间与空间方面数量非常有限。文章针对南海岛礁海域以I类水体为主导的海水光学特性,以南沙群岛库归沙洲海域为例,使用Sentinel-2多光谱卫星遥感影像和同期过境的MODIS卫星数据,构建底质光谱,采用半分析半经验模型计算海水表面遥感反射率与海水叶绿素浓度,通过对数比值模型进行该地区光学浅水海域遥感水深反演分析,并进一步通过多时相反演水深融合提升精度。经与多波束实测水深数据验证,研究区域反演水深总体均方根误差和平均相对误差分别为2.68 m 和9.99%。该方法通过叶绿素浓度推演部分海水光学特性,可以从多光谱卫星影像中快速获取南海岛礁光学浅水海域初步水深信息,供相关海洋领域分析与应用。     

海洋重要水文参数的卫星遥感反演研究综述

经过近50年的发展,海洋卫星遥感日益成熟,各种反演算法和数据集应运而生,大大推动了海洋水文过程的研究。围绕与海洋水文相关的重要物理参数,简要回顾了海面高度、海水深度、海表洋流及海水质量变化的卫星遥感反演基本原理、主要算法以及存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用遥感反演算法制成的全球海洋水文参数主要数据集,并结合目前存在的问题探讨了卫星遥感反演海洋水文参数的发展趋势及所面临的挑战。研究发现,运用多卫星、多通道、多模式的联合反演方法可以显著地提升人们监测海洋水文参数时空动态变化的能力,必将成为未来全球海洋水文遥感的主要研究方向之一。     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

卫星遥感反演土壤水分研究综述

土壤水分是影响地表过程的核心变量之一。精准地测量土壤水分及其时空分布,长期以来是定量遥感研究领域的难点问题。简要回顾基于光学、被动微波、主动微波和多传感器联合反演等卫星遥感反演土壤水分的主要反演算法、存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用土壤水分反演算法所形成的3种主要全球土壤水分数据集,包括欧洲气象业务卫星（ERS/MetOp）数据集、高级微波扫描辐射计（AMSR-E）数据集、土壤湿度与海洋盐分卫星（SMOS）数据集,并结合目前存在的问题探讨卫星遥感反演土壤水分研究的发展趋势。     

海洋水色卫星遥感研究与进展

系统介绍了目前海洋水色卫星遥感在海洋碳通量、生物海洋学及上层海洋过程研究,以及海岸带环境监测与管理中的主要应用方向;分析了上述应用对水色卫星传感器在时空分辨率、光谱波段设置和空间覆盖范围等方面的具体设计要求;概括了新一代水色卫星传感器的特点;指出了水色卫星遥感资料应用中的定标、大气校正及定量反演技术等关键问题;介绍了各国海洋水色卫星遥感的发展计划,提出了我国海洋水色卫星遥感研究的对策。     

海洋水色卫星遥感研究与进展

系统介绍了目前海洋水色卫星遥感在海洋碳通量、生物海洋学及上层海洋过程研究,以及海岸带环境监测与管理中的主要应用方向;分析了上述应用对水色卫星传感器在时空分辨率、光谱波段设置和空间覆盖范围等方面的具体设计要求;概括了新一代水色卫星传感器的特点;指出了水色卫星遥感资料应用中的定标、大气校正及定量反演技术等关键问题;介绍了各国海洋水色卫星遥感的发展计划,提出了我国海洋水色卫星遥感研究的对策.     

利用谱组合法实现GOCE卫星的SST和SGG数据融合处理

不同类型重力测量数据的融合处理,是地球重力场模型化研究的难点和热点问题之一.基于调和分析方法推导了由GOCE卫星SST和SGG数据构建地球重力场模型的谱组合公式及对应谱权的具体形式,给出了多种类型重力测量数据联合处理的谱权及谱组合的通用表达式.结果表明,SST数据能够有效改善SGG数据解算模型在低阶部分的精度,从而提高了解算的地球重力场模型的质量和可靠性并拓宽了其频谱范围,使其精度和空间分辨率有更进一步的提高.      

南海北部陆坡崎岖海底区地震成像:OBS旅行时反演

深水陆坡油气资源丰富,是油气勘探的重要领域。由于陆坡水深变化较大、海底地形崎岖、地质构造复杂,地震成像存在诸多难点,其中,速度模型的建立是最大的难题之一。利用OBS(ocean bottom seismometer)数据上丰富的折射初至信息,采用旅行时反演方法建立崎岖海底区速度模型。OBS数据由广州海洋地质调查局在南海北部陆坡珠江口盆地东部海域采集,数据质量良好,存在大量的初至折射波。地震成像结果表明,在深水崎岖海底区,利用OBS的初至旅行时能够获得地震成像所需要的背景速度场。受限于高频近似的假设,初至旅行时反演结果分辨率较低。全波形反演可以提供精度更高的速度结构,初至旅行时反演结构可用作全波形反演的初始模型。     

基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究

2016年4月签署的"巴黎协定"的目标是到21世纪下半叶全球人为碳排放与生态系统碳汇持平,为了实现这一目标需要精确计量全球不同地区的碳通量,而全球碳同化系统是有效的技术手段。为此,国家科学技术部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究"项目。将发展生物圈和大气圈关键参数多源遥感协同反演技术体系、多源卫星与地面观测数据联合碳同化算法,进而建立耦合生态系统模型的高分辨率全球碳同化系统,联合同化多源观测数据,优化生态系统模型关键参数、光合和呼吸碳通量、重点区域人为源碳通量,定量揭示全球陆地生态系统和重点区域人为源碳通量时空格局、生态系统碳源汇驱动机制,为全球变化与应对专项目标的实现和国家决策提供技术与数据支持。     

对流层臭氧卫星遥感反演综述

臭氧是地球大气中最重要的痕量气体之一,在气候变化和生态环境中均扮演着至关重要的角色。对流层臭氧作为光化学烟雾的重要成分之一,其浓度变化与人类活动息息相关。基于卫星遥感技术监测对流层臭氧浓度可以帮助我们更好地发现和定量解释对流层臭氧在不同季节、不同时刻以及不同区域的变化特征,探讨臭氧在对流层中的成因机制。随着卫星遥感技术的全面发展,臭氧遥感产品（例如臭氧总量、廓线等）无论在产品精度或是时空分辨率方面均取得了显著进步,然而,由于受较弱卫星信号与复杂下垫面的影响,对流层臭氧遥感产品精度仍无法满足目前对流层大气成分的精细化科学应用研究。主要围绕对流层臭氧卫星遥感,回顾和分析了臭氧卫星遥感载荷的发展历程和现状,结果表明国内外已基于不同谱段（紫外—可见光、热红外和太赫兹）实现了全球及区域臭氧的时空分布探测;讨论了基于不同技术遥感反演算法（直接与间接反演、多波段联合反演、天底—临边协同反演、基于机器学习技术的创新算法等）的特点及适用性,分析表明算法精度的提升包括从复杂大气背景下的辐射传输模拟、基于地面观测的先验信息优化以及仪器定标与信噪比等多方面的工作;展望了卫星遥感在全球和区域尺度提供可靠对流层臭...     

台湾东北部海域海表温度季节与年际异常及其对历史气候重建的启示

SST（海洋表层温度,sea surface temperature）的季节与年际异常对于认识现代全球变暖、重建历史时期气候变化以及探讨气候变化机制具有重要意义,而台湾东北部海域SST季节与年际异常的研究却相对较少.为更好地理解现代全球变暖和历史气候变化,利用NOAA的全球海表温度最优插值资料、Hadley中心的全球海表温度数据以及MEI逐月指数,分析了现代全球变暖背景下台湾东北部海域SST季节与年际异常及其控制因素.季节尺度上,受东亚冬季风的影响,研究海区的冬季SST变化比夏季更为剧烈,冬季SST控制着该海域年均SST和SST季节性的变化.现代器测和古气候记录表明该现象在年际-百年尺度上可能一直存在.年际尺度上,SST异常与MEI指数存在显著的8个月滞后相关性,ENSO（厄尔尼诺—南方涛动,El Ni?o-Southern Oscillation）事件通过东亚冬季风来影响研究海域的SST变化.在历史气候重建中区分气候变化的多尺度性和替代指标的季节性、认识历史气候对ENSO及东亚冬季风的响应特征和机制,这将有助于进一步理解现代全球气候变暖的原因.      

厦门—泉州近岸海域海表温、盐度密集走航观测

根据2007年7月23～28日厦门-泉州近岸海域表层温、盐度31个密集断面走航观测结果,结合同期卫星遥感海表温度(SST)数据和潮汐资料,分析该海域表层温、盐度的分布,并采用非等间隔数据的谱分析方法研究温、盐度的变化特征.结果表明:①九龙江冲淡水的影响可延伸到围头、深沪近岸海域,表现为明显的表层盐度锋存在;但晋江冲淡水对调查海域的影响较弱.②在该调查海域,潮汐对表层温、盐度的分布和变化有一定的影响,靠近厦门湾口一端的围头、深沪附近海域尤为突出.谱分析结果显示,该段的盐度变化与潮汐涨落在周期上比较一致.③调查期间,表层温度变化呈逐渐升高的趋势,而且具有明显的周日变化特征.④围头近岸表层存在一个低温高盐水区域,且位置随潮汐有所变动.     

基于GRACE重力卫星的甘肃北山地区地下水储量变化规律研究

作为我国高放废物地质处置预选区之一的甘肃北山地区,其地下水动态规律研究对于安全地地质处置有着重要的意义。重力反演与气候实验卫星(GRACE)数据可从网上免费获取,为分析区域地下水运动规律提供了可能。利用GRACE数据和全球陆面同化系统(GLDAS)数据反演了甘肃北山地区2003—2012年的地下水储量变化。结果表明:2003—2012年间甘肃北山区域地下水储量变化呈约0.26 cm/a下降趋势,且由西向东方向,地下水储量变幅呈减少趋势;区域地下水储量变化与同时期的降雨量关系不大。采用的基于GRACE-GLDAS的反演方法对于缺乏地下水动态监测数据的区域尺度地下水动态变化分析具有较大的应用潜力。     

山东半岛东部海域悬浮体分布季节变化及其冬季输送通量研究

山东半岛东部近岸海域流系和水团要素季节变化显著,沉积动力环境特殊,发育有剖面形状独特的泥质沉积体。基于两个年度的夏、冬季山东半岛东部近岸海域水体温度、浊度、悬浮体浓度和海流等调查资料,分析了水团要素分布季节变化特征,并结合研究区域冬季海流和余流分布特征,计算了冬季经山东半岛东部近岸海域向南输送的悬浮体净通量。结果表明:山东半岛东部近岸海域悬浮体分布受沿岸流、黄海冷水团和黄海暖流等流系季节变化的影响存在显著季节变化。夏季,水体垂向层结和黄海冷水团均可抑制悬浮体垂向和东西向扩散。与以往的研究有所不同的是,冬季大量悬浮体可穿越沿岸流与黄海暖流形成的海流切变锋面,进入黄海暖流向北输送,海流切变锋的屏障作用会随着黄海暖流的减弱或东移而削弱。每年冬季经山东半岛东部近岸海域输送的悬浮体占渤海海峡向外海输送的悬浮体年净通量的3.22%~9.10%,冬季的悬浮体输送量较大,占冬季渤海海峡向外海输送的悬浮体年净通量的6.84%~19.38%。     

基于GF-2影像西藏桑耶地区岩性-构造遥感解译

西藏桑耶地区位于青藏高原中南部,区内切割强烈,地势陡峻,属于高山峡谷区。为提高区域地质调查野外工作效率,在调查中率先开展了遥感解译研究。在充分收集已有资料的基础上,通过对GF-2卫星数据进行预处理和影像增强,结合野外验证建立了各地质要素的遥感解译标志,实现了区内不同地层岩性、侵入岩、断裂和褶皱等地质要素的提取,最终编制了研究区1:5万遥感地质解译图,为区域地质调查提供了数据支撑。结果表明: 各地质要素在GF-2数据上均有良好反映,完全满足1:5万尺度的遥感地质解译和编图的需要,充分显示出该卫星数据在区域地质调查等工作中具有良好的应用前景。     

利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限, 地下水资源被超采利用, 黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域, 有同样的地下水资源利用问题. 然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均, 难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化. 利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003-2008年间的地下水时空变化, 为合理分配利用水资源提供科学依据, 为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法. 为验证GRACE反演结果的可靠性, 首先将计算出的黑河中上游地下水的变化, 与该区域实测地下水变化数据进行对比分析, 结果显示二者之间相关性较好, 在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力. 此后, 利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化, 对其时空变化进行了分析和讨论. 结果表明: 黑河流域2003-2004年间地下水减少的幅度越来越少, 2005年夏季期间地下水资源量增加量最多, 自此地下水增加幅度逐渐减少, 至2008年趋于平衡. 空间上流域局部变化波动较大, 2003-2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态, 2005年相对于6 a地下水平均含量有轻微增加趋势, 2006年处于6 a平均值状态, 2007-2008年有稍微上升趋势; 中游在2005年有略微的上升, 之后3 a下降; 下游地下水含量在6 a中整体呈上升趋势.     

2010年玉树Ms7.1地震前后大气物理化学遥感信息

利用高分辨率卫星遥感数据反演了地表温度、水汽、CO总量和CH4体积分数的时空变化,讨论了这种变化与2010年4月14日青海玉树Ms 7.1地震以及地震断裂带的关系.利用MODIS LIB数据反演的玉树地震前后的温度数据表明,在主震前亮温和地表温度出现高值,高值异常高于震前几年的同期平均温度并沿NW向断裂带分布;这与测量...     

基于遥感的黄河三角洲农作物需水时空分析

以黄河三角洲为研究区域,系统地提出了用多种分辨率遥感影像进行区域蒸散反演,结合气象数据,进行不同时空条件下农作物需水的分析.通过反演地表反照率、地表温度、地表比辐射系数等参数,进一步计算出地表净辐射通量、土壤热通量、显热通量,根据地表能量平衡方程进行了蒸散的遥感反演;利用5个时相的NOAAAVHRR数据和一个时相的TM数据反演了1999年7～9月的蒸散,并利用TM影像反演的蒸散结果,提高了NOAA气象卫星蒸散反演结果的空间分辨率,大大增加了遥感蒸散反演的实用性.利用6个时相的遥感数据反演的蒸散结果及计算的日潜在蒸散数据对1999年7～9月黄河三角洲各灌区农作物的需水总量进行了时空分析.     

中国海域表层沉积物分布规律及沉积分异模式

中国海域拥有宽广的大陆架，同时还有陆坡和深海盆，有众多河流入海并输入巨量的陆源物质，沉积物记录了海陆变迁、环流变化、海平面升降、物质输送和气候变化等环境信息。沉积物的粒度特征可以反映沉积动力、物质来源和搬运距离等，可以通过沉积物粒度组成、参数及各种图解来研究沉积环境的变化。前人对中国海域表层沉积物的粒度分布特征展开了大量的研究，取得了丰富的研究成果，但这些研究多集中在某一海域或区域，缺乏对整个中国海域的表层沉积物类型的宏观系统认识。本文基于中国地质调查局“1：100万海洋区域地质调查项目”获取了中国海域4300个海底表层沉积物样品，通过沉积物粒度分析，结合前人已发表资料，对中国海域表层沉积物的沉积类型特征、物质来源和运移模式等开展了系统的研究。本文把浅海和半深海沉积物按照含砾石和不含砾石主要划分出5个和7个沉积物类型，深海沉积物主要划分了9个沉积类型，研究结果表明：中国海域表层沉积物沉积类型多样、来源复杂，主要受控于物质来源、水动力条件和地形地貌的变化，在东部海域总体呈现“大江大河-宽缓陆架-残留慢速沉积”的条带状沉积分异模式，而在南部海域呈现的是“短源性河流-多类型陆架-重力流快速沉积”的环带状沉积分异模式。本文的结果对研究中国海域沉积物的宏观分布规律提供了基础资料，对理解海洋沉积动力过程具有重要意义，同时沉积物粒度的特征对海底砂矿分布也具有指示意义。