遥感陆地水循环的进展与展望

随着遥感技术的不断进步,许多陆地水循环的变量已经能够通过遥感定量估算。遥感方法能够提供大范围、长周期的水循环变量数据,这极大地推进了人们对陆地水循环过程的认识和理解。阐述了遥感观测陆地水循环重要变量的基本原理,回顾了陆地水循环遥感主要技术方法的重要进展和最新成果,指出下一步可能的发展方向。尽管目前遥感技术具备获取大范围水循环关键变量的能力,但是遥感估算的水循环分量还难以满足基本的水量平衡,表明当前遥感数据的水文一致性还待加强。未来遥感陆地水循环研究的发展一方面需要新型传感器和平台来提供更高精度且时空一致的观测数据,另一方面需要开展大型地面水循环同步全过程观测试验来对遥感产品进行深入评估,以促进遥感技术在陆地水循环研究中的应用。     

地球系统空间观测:从科学卫星到月基平台

五十多年来,全球性对地观测已形成强大的技术能力和系统体系,在不同应用领域发挥了重要作用。随着对陆地、大气、海洋研究的深入,地球系统科学和全球变化研究正在向空间对地观测技术提出新的重大战略性需求。本文描述了面向全球变化应对、发展全球变化系列科学卫星的方案;提出面向宏观地球科学现象探测、构建月基对地观测系统的设想;同时,作为宏观地球科学现象研究的一个方向,论述了利用地球科学卫星和月基对地观测技术开展全球变化"三极"对比研究的思路。     

基于地球系统空间格网的全球大数据空间关联与共享服务

对地学领域全球观测及分析模拟的大数据进行空间关联,可以促进数据共享利用,更好地服务于全球变化与地球系统科学研究及社会公益事业。本文分析了全球大数据的共享现状、存在问题和发展方向;介绍了一种基于球体退化八叉树的地球系统空间格网(ESSG),及其和现行坐标系统的关联与转换方法;提出了基于ESSG的三元组数据结构、全球大数据空间关联模式、大数据集成组织与对象表达原理;并基于云环境和Web服务技术,设计了基于ESSG的全球大数据共享服务模式。搭建了试验环境,开发了软件,以全球地壳数据、DEM和大气数据为例,实现了全球大数据空间关联、集成可视化与共享服务。     

地球自转速度变化与全球气温变化的相关性研究

地球自转速度变化是导致全球气候变暖的重要原因之一,而探讨地球自转速度变化与气温变化的影响的相关性,并尝试建立一定的相关性模型是其中一种研究方式.首先分别利用地球自转速率数据与全球气温数据分析与建模,并判断模型温度预测的可行性,发现仅可进行短期温度预测;研究全球温度数据与地球自转速度变化数据相关性,进行相关性分析以及显著性检验,可知二者有强正相关性;最后研究气温预测的可行性,对气温和自转速率数据回归拟合,利用拟合公式,进行实际与预测的地球自转速率温度预测实验,结果证明推测方法可行.实验以IERS官网获取的日详细地球自转速度变化数据,以及伯克利地球组织获取的全球气温数据为例.     

遥感与GIS支持下近十年中国草地变化空间格局分析

以遥感与GIS为技术支撑，动态监测我国草地资源近十年的变化情况，为草地资源的可持续利用与管理提供科学依据。近十年来，我国的草地资源变化在空间上有明显的地域差异。表现为草地变耕地主要分布于我国的东北三省，与内蒙古的东部地区；草地变为城镇交通用地在很大程度上与区域的人口、经济发展有联系；草地变林地分布主要集中于沿海地区；草地退化集中于内蒙古、新疆、青海。草地变化虽然与自然条件有关，但人类活动对草地变化有很大影响。同时草地的退化对我国的生态环境，尤其是北方将产生不良的作用，在一定程度上制约区域经济发展。     

遥感技术与全球变化研究

遥感技术具有快速、多波段、周期性和大面积覆盖等优势, 是全球变化研究中不可替代的重要技术。随着遥感技术的蓬勃发展, 它在中国全球变化研究中也得到了广泛的应用。简述了全球变化研究的基本概念和研究进展, 并从土地利用/覆盖变化、碳循环和全球变暖3 个方面进行阐述。最后详细归纳总结了中国科学院遥感应用研究所在全球变化研究中所做的工作和贡献, 这些研究为遥感技术在全球环境变化研究中的深入应用奠定了基础。     

遥感与中国可持续发展:机遇和挑战

中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。     

A long-term Global LAnd Surface Satellite (GLASS) data-set for environmental studies

Recently, five Global LAnd Surface Satellite (GLASS) products have been released: leaf area index (LAI), shortwave broadband albedo, longwave broadband emissivity, incident short radiation, and photosynthetically active radiation (PAR). The first three products cover the years 1982–2012 (LAI) and 1981–2010 (albedo and emissivity) at 1–5 km and 8-day resolutions, and the last two radiation products span the period 2008–2010 at 5 km and 3-h resolutions. These products have been evaluated and validated, and the preliminary results indicate that they are of higher quality and accuracy than the existing products. In particular, the first three products have much longer time series, and are therefore highly suitable for various environmental studies. This paper outlines the algorithms, product characteristics, preliminary validation results, potential applications and some examples of initial analysis of these products.     

Experiment on Driving Precipitable Water Vapor from Ground-Based GPS Network in Chengdu Plain

The estimates of total zenith delay are derived using Bernese GPS Software V4. 2 based on GPS data every 30 s from the first measurement experiment of a ground-based GPS network in Chengdu Plain of Southwest China during the period from July to September 2004. Then the estimates of 0.5 hourly precipitable water vapor (PWV) derived from global positioning system (GPS) are obtained using meteorological data from automatic weather stations (AWS). The comparison of PWV derived from GPS and those from radiosonde observations is given for the Chengdu station, with RMS (root mean square) differences of 3.09m. The consis- tency of precipitable water vapor derived from GPS to those from radiosonde is good. It is concluded that Bevis’ empirical formula for estimating the weighted atmospheric mean temperature can be applicable in Chengdu area because the relationship of GPS PWV with Bevis’ formula and GPS PWV with radiosonde method shows a high correlation. The result of this GPS measurement experiment is helpful both for accumu- lating the study of precipitable water vapor derived from GPS in Chengdu areas located at the eastern side of the Tibetan Plateau and for studying spatial-temporal variations of regional atmospheric water vapor through many disciplines cooperatively.     

Experiment on driving precipitable water vapor from ground-based GPS network in Chengdu Plain

The estimates of total zenith delay are derived using Bernese GPS Software V4. 2 based on GPS data every 30 s from the first measurement experiment of a ground-based GPS network in Chengdu Plain of Southwest China during the period from July to September 2004. Then the estimates of 0.5 hourly precipitable water vapor (PWV) derived from global positioning system (GPS) are obtained using meteorological data from automatic weather stations (AWS). The comparison of PWV derived from GPS and those from radiosonde observations is given for the Chengdu station, with RMS (root mean square) differences of 3.09m. The consistency of precipitable water vapor derived from GPS to those from radiosonde is good. It is concluded that Bevis’ empirical formula for estimating the weighted atmospheric mean temperature can be applicable in Chengdu area because the relationship of GPS PWV with Bevis’ formula and GPS PWV with radiosonde method shows a high correlation. The result of this GPS measurement experiment is helpful both for accumulating the study of precipitable water vapor derived from GPS in Chengdu areas located at the eastern side of the Tibetan Plateau and for studying spatial-temporal variations of regional atmospheric water vapor through many disciplines cooperatively.     

遥感云计算平台发展及地球科学应用

人类已有半个多世纪的全球历史遥感数据积累,这些不断涌现的海量遥感数据形成的遥感大数据为地球科学研究提供了丰富的数据支持;对遥感大数据快速处理、分析和挖掘是一个新的挑战.遥感云计算平台的出现为遥感大数据挖掘提供了前所未有的机遇,并彻底改变了传统遥感数据处理和分析的模式,使得全球尺度的长时间序列快速分析和应用成为可能.本文...     

航天雷达遥感的作用与发展

本文论述了迄今为止唯一获得地球表面航天雷达图像的Seasat SAR、SIR-A及SIR-B三颗成象雷达系统在地球科学研究中的作用,对未来十年以ALMAZ ZAR、ERS-1 SAR、JERS-1 SAR、SIR-C、Radarsat SAR和EOS SAR为主的国际性主动微波遥感系统进行分析,指出研究过程中新的概念和趋势,展望了90年代航天雷达遥感技术发展及应用的前景.     

遥感与地球系统科学

地球作为一个高度复杂的非线性系统,各圈层(大气、海洋、陆地、生物、冰雪圈、固体地球)尤其是人类活动等任何组成成份的变化,都会引起地球系统的变化。人类可持续发展面临的巨大科学挑战之一是认识人类赖以生存的、复杂变化的地球系统,认识地球系统如何变化及主要驱动因素,认识地球系统未来变化趋势及如何提高对全球变化的适应能力。卫星独特的全球覆盖和日尺度的观测改变了地球科学的研究方法,它强调所能探测到的多时空尺度上的物理动力过程,在全球范围应对气候变化、能源和环境挑战具有重要作用,揭开了地球系统多学科交叉的新纪元。以地球系统的视野,抓住驱动地球系统的关键循环过程(如能量、水、生物化学循环),是当前地球系统科学的发展趋势。地球系统科学(全球变化)研究需要长期稳定、准确性较高的卫星观测数据,以水循环为例,卫星遥感具备获取全球范围水循环关键参数能力,但是系统性综合观测能力不足,整体精确性受到综合化的可靠空间数据集的限制。目前中国正在积极研制发展新型水循环卫星WCOM(Water Cycle Observation Misssion),并寄希望以此为核心传感器发起全球分布式水循环观测星座系统,进一步提高中国在国际水循环观测与地球系统科学研究方面的话语权与领先能力。     

中国高分辨率对地观测系统重大专项建设进展

中国从"十一五"末实施高分辨率对地观测系统重大专项,全面建设具备高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和高精度观测能力的自主、先进的对地观测体系,加强和完善相关基础设施,构建稳定的运行系统,并积极满足中国资源环境、农业、防灾减灾等方面的重大战略需求,着力强化各行业和区域应用能力,促进高分辨率对地观测数据广泛应用,推动中国空间信息产业快速发展,为中国从航天大国迈向航天强国,有效适应经济发展新常态促进信息消费、扩大内需提供有力支撑。     

Monitoring African water bodies from twice-daily MODIS observation

Building on the availability of high revisit frequency Earth Observation satellites at medium spatial resolution (250 m), this study investigates the feasibility of temporal monitoring of water bodies at a continental scale with MODIS. A 2004–2010 time series of twice-daily observations covering the whole African continent was systematically processed using a surface water detection method to derive 10-day indicators describing the location, the intra- and inter-annual variability as well as the temporal characterization of water bodies (i.e. seasonal or permanent water and maximum extent). The multispectral surface reflectance transformation in the HSV color space allows a per-pixel identification of surface water. The water aggregation time indicator provides the water occurrence for each 10-day period built from the seven years of observations. The cartographic products were successfully cross-validated with already existing maps and water products. The validation of the water body maximum extent map estimates the commission error at less than 6% and the seasonality information was also found to be consistent with the Köppen climatic classification.     

全球地表覆盖高分辨率遥感制图

全球地表覆盖分布及变化是气候变化研究、生态环境评估、地理国情监测、宏观调控分析等不可或缺的重要基础信息。国际上现有全球五套地表覆盖数据产品的空间分辨率为1km或300m,数据精度、分类体系、时空分辨率等均存在不足。为了满足全球变化研究与地球模式模拟的需求,应该研制具有较高时空分辨率、更符合全球变化需要、精度较好的全球地表覆盖数据产品。本文简要介绍了全球地表覆盖遥感制图的情况和数据产品的不足,讨论了对新一代地表覆盖数据产品的需求,介绍了我国研制全球30m地表覆盖数据产品的863重点项目。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径.闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地—体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展...