南极帝企鹅种群栖息地动态变化遥感分析

帝企鹅是南极生态的指示器,其种群栖息地分布变化对研究南极气候具有重要意义,但传统的人工实地调查难以获取全面、准确的种群栖息地信息。本文依据帝企鹅种群排泄物在卫星影像上的蓝、红波段和近红外与短波红外波段的反射率差异,提出2种可以有效判别种群排泄物的光谱指数（NDII、EI）,据此精确识别帝企鹅种群排泄物并确定其种群栖息地位置。根据2009年195景时相合适、质量较好的Landsat 7 ETM+卫星影像,获取了南极共计38个帝企鹅种群栖息地,其中新发现7处（Bowman Island , Dibble Glacier , Auster, Point Geologie , Cape Crozier , Brownson Islands和Rupert Coast）,消失2处（Amundsen Bay 和Ledda Bay）,另外25处（除Thuston Glacier, Luitpold, Sanae, Gould, Ragnhild和Beaufort Island外）位置未发生明显变化,实现了全南极帝企鹅种群栖息地的识别与定位。种群栖息地提取的正确率为94%,提取结果受限于影像质量和种群规模,且随着种群规模的提高,该方法的提取效果也越好。帝企鹅种群栖息地的分布与气候要素息息相关,种群栖息地往往倾向于气温较低和海冰密集度较高的区域,气候变化对每个种群栖息地的影响不同,因此气候与种群栖息地变化的具体关系需要长时间、区域性的观测进行研究。随着气温持续上升和海冰密集度的变化,南纬70°以北的种群栖息地面临较大的威胁,帝企鹅种群呈现向极点逐渐收缩的趋势。     

泛北极多年冻土及重大线性工程稳定性状况

泛北极是中国"一带一路"倡议的主要合作示范区域,已有的重大线性工程及新的基础设施建设均面临着与多年冻土相关的冻融灾害及工程病害问题.在全球气候变暖及人类活动增强的背景下,泛北极多年冻土主要呈现地温升高、活动层厚度增加趋势,且低温多年冻土地温升高更加明显,20世纪70年代以来年平均地温(MAGT)升温最高可达3℃;自北向...     

北斗在南/北极地区的基本定位性能评估

基于BDS、GPS系统的星座结构,对当前的BDS二代导航系统（BD2）、全部建成后的BDS系统在极地科考站（黄河站、昆仑站、中山站、长城站）和北极圈的可见卫星数、DOP值、定位精度等进行评估,并将建成后的BDS、GPS及其组合系统在南/北极的基本定位性能进行对比分析。仿真结果表明,当前的BD2只实现了极地的部分覆盖,对极地提供导航定位的能力有限,大范围内的定位精度大于30.0 m; BDS在极地的定位精度将与GPS相当,可见卫星数可达13颗左右,PDOP值优于1.6,定位精度优于8.0 m;GPS/BDS组合后在极地的PDOP值优于1.4,定位精度优于6.0 m。
     

基于多源遥感与地形信息的北极城镇用地信息提取

北极城镇空间信息对于研究北极,认识北极,利用北极都有重要意义。本文以北极圈内的城市特罗姆瑟为例,使用Landsat影像、DMSP/OLS夜间灯光、ASTER-GDEM2数据,通过特征提取得到属于光谱特征、纹理特征、夜间灯光特征、地形特征等18个特征,识别最优特征组合后基于AdaBoost算法提取1990、2004、2016年研究区的城镇用地,并将提取结果与最大似然法进行了对比,在此基础上进行了扩张分析。研究结果表明：引入地形与夜间灯光特征都可以在光谱纹理特征的基础上提高提取精度。基于光谱与纹理特征得到的总体精度与kappa值分别为86.20%和0.68;加入地形特征后精度分别提高2.70%（OA）和6.21%（kappa）;加入夜间灯光特征后精度分别提高2.10%和0.50;加入地形与夜间灯光特征精度分别提高3.70%和8.55%,因此光谱、纹理、地形与夜间灯光的组合是最优特征组合。通过最优特征组合进行AdaBoost城镇提取,比最大似然法对城镇的两分类总体精度高10%左右、kappa值高20%左右。计算结果显示,研究区城镇扩张强度为5.5×10^-4左右,属于缓慢扩张;扩张的平均动态度水平为0.018,是全球水平（0.0325）的一半左右;2004-2016年的动态度水平低于1990-2004年的动态度水平,说明研究区目前由高速发展期向平稳发展期过渡。     

基于栖息地指数模型的摩洛哥底拖网渔场研究

根据2012—2015年上海某远洋渔业公司的底拖网渔船收集的生产统计数据,结合卫星遥感获得的表温、叶绿素浓度和海面高度距平均值以及实地调查的水深数据,用栖息地指数方法,以几何平均模型(GMM)和算术平均模型(AMM)对摩洛哥底拖网渔场进行比较研究。结果表明,各月基于表温、海面高度距平值、叶绿素和海底水深的适应性指数不一致,各月适宜的海洋环境范围有差异。AMM模型中HSI大于0.6的作业网次占总数的65.92%,作业产量占总数的67.57%;GMM模型中HSI大于0.6的作业网次占总数的只有44.78%,作业产量占总数的49.60%。AMM模型比GMM模型更适合于摩洛哥底拖网渔场的预报。     

北极海冰的基本特征

本文应用1953～1984年的北极海冰资料,分析各区海冰的季节变化、年际变化、自相关特性及互相关特性。认为Ⅰ区海冰占有最大权重,又具有较大的方差,在全区海冰中起着重耍作用。冬季,各区海冰相互关联,其余季节,基本上相互独立。各区海冰均提供了气候“贮存”机制,一个季节的冰能影响下一个季节冰的特性;冬季的贮存能力大于夏季,春秋次之;Ⅱ区和Ⅳ区冰的持续性优于Ⅰ区 。     

南太平洋长鳍金枪鱼栖息地指数模型的比较研究

根据1994-2010年南太平洋长鳍金枪鱼生产统计数据,结合海表面温度(SST)和海面高度(SSH)等海洋环境数据,将投放钩数(捕捞努力量)作为适应性指数,采用外包络法,利用算术平均法(AM)、几何平均法(GM)、连乘法(CP)、最大值法(Max)和最小值法(Min)等5种方法建立栖息地指数(HSI)模型。研究表明,通过对这5种方法进行比较,最大值法、算术平均法和几何平均法均得到较好的拟合效果,其中最大值法拟合效果最好,模型的准确度可达到85.2%。研究认为,可基于海表面温度和海面高度等海洋遥感因子,利用最大值法栖息地指数模型,较好地预测南太平洋长鳍金枪鱼中心渔场。     

东太平洋长鳍金枪鱼栖息地指数模型的比较

根据2009–2011年东太平洋海域长鳍金枪鱼延绳钓的生产数据,结合海洋遥感获得的表温(SST)和海面高度(SSH)的数据,采用外包络法,以投钩数、单位捕捞努力量渔获量(CPUE)为适应性指数,按月份分别建立基于SST和SSH的长鳍金枪鱼栖息地适应性指数(SI)。采用算术平均法(AMM)和几何平均法(GMM)获得基于SST和SSH环境因子的栖息地指数(HSI)综合模型,并以2012年各月生产数据进行模型验证。结果表明,基于两种HSI模型所得的长鳍金枪鱼栖息地综合指数不相同,通过算术平均法的HSI模型,当HSI为0.6以上时,渔获量占总渔获量的87.9%,通过几何平均法的HSI模型,当HSI为0.6以上时,渔获量所占比例为87.2%。算术平均法较GMM更适于东太平洋长鳍金枪鱼栖息地指数模型。     

CG-5重力仪零漂稳定性评估

对4台购于不同时期的CG-5重力仪进行零漂稳定性分析,提出运用拟合直线相关系数来评估仪器的静态零漂稳定性,以及运用平均动态零漂率来评估仪器的动态零漂稳定性。数据处理结果证明,该方法能有效地评估CG-5重力仪的零漂稳定性特征。     

塔基遥感视频监控有效性评估方法

以铁塔作为基础平台,利用其上搭载的相机或其他传感器进行近地面观测被称为塔基遥感。塔基遥感具有不易受到云层遮挡等自然因素影响、可以全天候实时获取视频信息的特点,可有效填补航空航天遥感与地面观测网络之间的尺度空缺,已在各个领域得到广泛应用。然而在面对大面积观测区域和复杂的任务目标时,塔基遥感的实际应用则受到复杂的地形及成像时空间分辨率的约束。如何评估其成像有效性成为未来塔基遥感平台优化建设的关键。为解决上述问题,本研究剖析了塔基遥感相机的成像特点和主要遮挡因素,构建起其实际覆盖范围分析方法。依托主要应用的空间分辨率需求建立分辨率分级体系,并结合实际覆盖范围和相机参数明确各项应用的可应用区域,据此评估塔基遥感视频数据有效性。以南京市江宁区"慧眼守土"塔基遥感视频监控系统为例进行实验分析,结果表明,现有塔基遥感相机受到了周边地形及塔基自身的严重遮挡,5 km内平均覆盖率仅3.20%,塔基自身造成了47.66%视角被遮挡。具有极高、高等级分辨率需求的应用实际覆盖情况较为理想,但中、低等级分辨率应用的实际覆盖情况需要进一步优化。增加相机高度、提升相机变焦能力以及增设环形轨道可以有效对塔基遥感相机的...     

陆表水体遥感监测研究进展

江河湖泊等陆表水体在工农业生产、气候调节、生态系统维持等方面扮演着至关重要的角色。在气候变化与人类活动的作用下,陆表水体的空间分布始终在发生着变化,因而对其进行快速精准的时空变化监测对水资源管理与保护、未来气候变化预测等有着重要的意义。遥感技术为大范围水体动态监测提供了全新的技术手段,特别是在当前地球大数据背景下,水体提取算法不断改进,遥感数据源急剧增加,但缺乏对算法和数据演化过程的系统整理。鉴于此,本文对现有水体提取算法与遥感数据进行了综合梳理,归纳了单波段阈值法、多波段谱间关系法、水体指数与阈值法、支持向量机、随机森林、深度学习等常用算法的演变,以及遥感数据源由低（MODIS等）到中（Landsat等）和高（高分1/2号等）空间分辨率的发展过程,并在此基础上讨论了各算法与数据源在水体变化研究中的差异。此外,本文论述了数据处理平台由本地计算到高性能云计算平台（如谷歌地球引擎）的发展,云计算促进地表水变化研究由基于时间片段到基于时间序列连续过程分析的转变,以及云计算在大尺度范围的应用。最后,本文还对多源遥感数据融合与云计算平台的结合在地表水体连续变化监测中的应用进行了展望,并对不同类型水体提取的不确定性进行了讨论。     

极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享研究

本文以SOA开放式架构与OGC标准规范,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享服务体系。服务体系以"模型服务"为核心,探讨了模型服务接口和模型服务的互操作问题。为了简化极地海冰-海洋参数遥感反演模型的分布式共享过程,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型共享服务平台的概念。共享服务平台处于模型与模型应用客户端之间,可以实现两者之间的数据转化和功能协同,以及实现模型算法与其他功能的分离,使模型开发者可以专注于模型算法的设计和实现。最后,以海冰密集度遥感反演模型和冰间湖识别模型为例,实现了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享方法。     

基于开源框架的生态环境要素遥感定量反演平台构建

为及时、准确地获取大范围环境影响因子,避免商业软件平台昂贵的价格和难以扩展的开发环境,结合地理信息系统和遥感技术进行生态环境要素遥感定量反演平台构建。以MapWindow作为底层框架,对其Dotspatial组件库的功能模块进行抽取和修改,完成平台的系统设计以及各功能模块的实现。其中,反演算法经过封装编译处理生成动态链接库,然后在平台中对动态链接库进行调用,最终以插件的形式将反演功能模块加载至平台。平台实现了遥感数据的气溶胶光学厚度、悬浮泥沙浓度、叶绿素浓度反演和显示等功能,可为环境管理部门提供大范围、快速的决策支持,具有较好的可扩展性。     

水体表面温度反演研究综述

水体表面温度是研究全球或区域气候变化、数值天气预报的重要参数,是控制水体与大气热量、水分交换的重要变量,对理解水体生物物理过程具有重要意义。卫星观测水表温度具有传统手段不可比拟的技术优势,同时也存在精度和质量上的限制和挑战。本文总结了观测水表温度常用的红外、微波传感器及其分辨率特征,并比较分析了各类传感器的优势、劣势和分辨率适用的时空尺度;在区别不同手段观测的水表温度基础上,分别概述了红外遥感和微波遥感反演水表温度的理论基础,以及常用的算法模型;基于水表温度反演的原理和过程,系统分析了云、水汽、气溶胶、比辐射率等不确定性因素,对反演精度的影响及解决方法,并对精度验证方法做了简单介绍;最后,对水体表面温度反演的发展趋势进行了展望,并指出多源数据的同化融合、优势互补是提升水温反演精度的重要途径。     

Relationship of Arctic sea ice and Northern Hemispheric 500 hPa Polar vortices

Using the NCEP/NCAR reanalysis monthly 500 hPa height data on a 2.5 latitude-longitude grid and 1°×1° sea ice data,the polar vortex area,intensity index and arctic sea ice area index are calculated respectively,and the meridional distribution,period variation and the abrupts in the long range trend are analyzed to study their relationship.The results show that the meridional distribution of sea ice and polar vortex h-ave distinctive difference,the relative positions of them are different in the eastern and western hemispheres,and exept they have periods of 4 months,quasi half year,quasi year,4-5 years and 10 years commonly,and each of them has its own respective variation as well.The sea ice area is decreasing apparently since 1980's,so is the polar vortex area,but their abrupt changge time are different totally.The area of sea ice and polar vortex has prominent positive correlation,but the relationship of sea ice intensity,polar vortex intensity,polar vortex area is complicated.     

高光谱遥感技术及其水利应用进展

面向新时期水利行业"补短板"和"强监管"的应用需求,遥感的前沿技术高光谱遥感凭借较高的光谱分辨率和图谱合一等优势,在水生态、水环境等水利行业的应用中发挥了重要作用,同时在水灾害、水资源等层面中也存在着一定的应用潜力.本文介绍了高光谱遥感的成像原理,回顾了成像光谱仪的发展,列举了目前国内外典型的高光谱载荷.重点介绍了高光...     

林下植被遥感反演研究进展

林下植被在森林生态系统碳、水和营养元素的累积和循环方面有着重要作用与科学意义。多角度、高光谱和激光雷达遥感系统凭借对森林分层结构的敏感性,成为量化林下植被的重要手段。本文综述了森林林下植被的遥感反演研究进展：首先讨论了林下植被的定义,其次对当前林下植被的遥感反演现状作了深入分析,总结了多角度、高光谱和激光雷达遥感观测的森林背景的反射率、林下植被的叶面积指数、高度和覆盖度的遥感反演原理和方法。基于不同卫星观测角度下森林冠层和森林背景对总反射的贡献差异,林下反射率可通过多个角度的观测数据进行反演。此外,借助激光雷达穿透冠层直接观测林下植被的优势,总结了激光点云数据和回波波形信息反演林下植被的覆盖度和高度的方法,以及今后使用遥感技术反演的难点和获取林下植被信息的主要发展方向。     

遥感建筑用地信息的快速提取

建筑用地的急剧增加和耕地资源的迅速减少,使得土地利用动态变化监测显得尤为重要。遥感作为监测土地利用动态变化的一种有效手段,已经得到日益广泛的应用。但是建筑用地由于其光谱的异质性,而难以用简单的方法将它们从遥感影像中准确提取出来,遥感建筑用地指数(Index-based Built-up Index,IBI)是针对这一问题提出的。它的构建采用的是三个专题指数波段(SAVI植被指数、MNDWI水体指数、NDBI建筑指数),而不是影像的原始波段。由于这三个指数互为负相关,因此,可以有效地增强和提取遥感影像中的建筑用地信息。通过将IBI指数提取建筑用地的影像处理过程编成可自动执行的模块,并集成于大型的遥感商业软件中,使得影像数据处理和建筑用地信息提取时间大大缩短,提高了建筑用地信息增强和提取的效率。