地基傅立叶红外高光谱遥感观测大气成分平台建设及其反演技术研究

利用国际大气成分地基观测网络(NDACC)通用的德国BRUKER公司生产的傅立叶红外(FTIR)高分辨率地基光谱仪器IFS 120M,在国家卫星中心建立了地基高光谱观测平台,进行高光谱数据获取及其反演技术初步研究.阐述了地基高光谱观测平台的建设,高光谱仪器的调试和观测参数化研究结果,并且阐述了光谱的预处理和定标研究,利用地基高光谱在可见光波段的观测结果,进行了气溶胶光学厚度反演技术的初步研究.     

塔克拉玛干沙漠直接辐射的分光测量

本文利用1988年11月-1989年7月塔克拉玛干沙漠腹地测得的太阳直接辐射光谱资料,初步分析了光谱透明度和光谱辐射能的分布特征。     

光谱地质遥感研究进展

地质遥感是最能体现与发挥光谱遥感技术特点与优势的应用领域之一.本文从矿物岩石光谱模拟、矿物岩石光谱特征分析、遥感光谱仪技术指标的优化设计、辐射定标与数据辐射校正、地表光谱反演、信息提取、信息产品验证、地质应用8个方面总结了最新的研究进展,并对目前光谱遥感地质应用存在的问题和发展趋势进行了深入的论述.     

天山北坡牧草的光谱特征

牧草产量与牧草的红光和近红外光反射率关系密切。本文对牧草光谱的日变化、季变化、不同草场类型的光谱特征以及牧草光谱绿度值与牧草叶面积、鲜重、和草地土壤湿度的关系进行了初步研究,给出了牧草光谱与牧草各生物参数的定量关系式。     

多光谱卫星图像的一种模糊聚类方法

基于二维光谱特征空间，用模糊C均值(FCM)聚类方法，对多光谱静止卫星(GMS-5)图像进行了云分类试验，得到了比较合理的分类结果。该方法利用不同光谱通道的卫星云图光谱特征构造出一个二维光谱特征空问，对云图在特征空间上的光谱特征点进行FCM聚类，然后与已知云类样本的特征进行比较，确定出各聚类域的类属，进而得到二维光谱空间的云分类图，实况接收的云图可通过查验特征像素点在分类图中的落区位置来实现云的分类。     

城区高光谱遥感数据假彩色波段组合研究

高光谱数据具有波段数目多、波段宽度窄、数据量庞大等特点，如何根据具体的应用目的，在众多的波段中选取最佳波段组合用于假彩色合成，对于有效进行高光谱数据处理、分析及信息提取至关重要。以面阵推帚式机载超光谱成像仪(PHI)获得的上海市黄浦江附近复杂地表高光谱图像数据为例，分析了图像所包含的信息量、各通道之间的相关性以及影像上各地物的光谱特征，选出了那些包含信息量大、相关性小、光谱差异大的波段子集，然后再结合协方差矩阵特征值法、最佳指数法和波段指数法波段组合方法选出了高光谱遥感图像的最佳波段组合。     

FY-3D/HIRAS光谱定标精度评估中的最佳光谱区域选择

光谱定标精度的精确评估和监测,是红外高光谱数据应用之前的重要工作。光谱定标精度评估常用"互相关"方法,即通过平移观测谱使得观测谱与参考基准谱之间满足最大相关或最小标准差条件。考虑到计算耗时,无须在全谱段检测频偏,而用部分光谱区域评估光谱定标精度。为全面评估"互相关法"对光谱区域选择的依赖程度,初步选择光谱区域依据理论模拟光谱(只考虑仪器离轴效应)的敏感性分析,最佳光谱区域选择基于实际观测光谱的敏感性分析。基于模拟光谱的敏感性分析表明:光谱精度评估方法对光谱区域的选择在中波波段不敏感,在长波和短波波段比较敏感,其敏感性与光谱区域内吸收带的包络特征、辐射能量的大小有关;选择不同光谱区域引入的绝对误差在长波和短波波段最大分别可达3.05和3.35 ppm(1 ppm=10~(-6));因此,当光谱区域选择在辐射能量较大,大气成分含量稳定的大气分子吸收带,能有效减小"互相关法"引入的误差。进一步基于风云三号D星红外高光谱大气探测仪(FY-3D/HIRAS)观测光谱,研究提出了HIRAS光谱精度评估的最佳参考光谱区域:长波波段为[716,766] cm~(-1),中波波段为[1270,1320] cm~(-1),短波波段为[2159,2209] cm~(-1),基于上述光谱区域评估的HIRAS光谱偏差平均值均优于2 ppm,长波和中波的标准差优于2 ppm,短波的标准差约为4 ppm。研究结果对其他红外干涉仪器的光谱定标精度评估和频率长期稳定性监测也具有参考作用。     

西北地区典型地物光谱数据库建设

使用FieldSpecProFR2500便携式光谱仪,在甘肃典型区域,测定了一些特色农作物和典型植被的反射光谱。利用计算机编程技术,建立了西北地区典型地物光谱数据库。文章主要介绍了光谱数据的采集,数据库系统的建立过程以及数据库的应用和存在的一些问题。     

风云三号卫星红外高光谱探测技术及潜在应用

高光谱大气探测仪具有高光谱分辨率、高灵敏度和高精度光谱辐射定标等特点,在大气温湿度廓线反演、数值天气预报同化、气候变化研究以及大气痕量气体探测等应用上有显著的优势。我国风云三号极轨气象卫星的FY-3A/B/C三颗卫星上成功装载了自主研制的通道式红外探测仪器—红外分光计(IRAS),获取了从可见光到红外波长范围内26个通道的辐射观测,并应用于资料同化、全球大气温度和水汽廓线反演等。从FY-3D星开始将装载红外高光谱大气探测仪以替代IRAS,标志着红外高光谱大气垂直探测系统新纪元的开始。以风云三号卫星红外高光谱大气探测仪为例,介绍了卫星红外高光谱探测技术的进展和地面应用系统预处理过程的关键技术环节,给出了红外高光谱资料的潜在应用,并对在数值天气预报同化和大气探测应用方面的难点问题进行了分析和探讨。     

阜康试验区主要地物光谱特征及其分析

对阜康地区主要地物即土壤、植被、水体三大类共534个样本测量的光谱数据进行了分析，结果表明：植被、土壤、水体的反射光谱各有特点，容易区别，农田光谱特征具有复合光谱的特征，形成了一种新型的地物（植—土地物），此类地物的波谱曲线介于植物与土壤波谱曲线之间，随植被覆盖度而变化。     

主要降水与非降水云类的全天时反演试验研究

利用SBDART模式正演了主要云类在多光谱通道上的光谱特性,分析了在由不同通道组成的二维光谱空间中的云类分布;又以MTSAT-2多光谱静止卫星观测资料与CloudSat云廓线雷达分类产品匹配,建立了包含诸主要云类光谱特性的数据对。在此基础上,采用单位特征空间归类分析法,反演并分析了各典型云类在相应二维光谱空间中的分布范围和高频集群分布特点;结合正、反演结果,应用最小距离分类与最大似然估计方法进行了云分类试验研究。经过单位特征空间方法的调整,最终确定了较为准确的适用于全天时云分类的判据。检验结果表明:根据多通道的云光谱特性区分高、中、低云和对流性及非对流性降水云是可行的,由此能够实现全天时云系生消、移动的连续可靠监测。      

一次多回击闪电过程的物理特性分析

利用西藏那曲无狭缝光栅摄谱仪获得的一次多回击云对地闪电光谱,研究了各放电通道的温度及其变化。结果表明,一次闪电不同回击过程的通道温度有明显差异,闪电前期的温度通常较高,之后呈逐渐降低趋势。将闪电光谱与同步电学观测资料相结合,讨论了光谱特征、通道温度与闪电放电特性、电流热效应的相关性。数据分析显示,光谱总强度与辐射电场的变化幅度成正比;光谱总强度与放电电流的大小成正比;通道温度与回击过程传输的能量为正相关。     

冬小麦地面光谱监测

从小麦反射光谱的特征，探讨了小麦不同物候期反射光谱特征和小麦日变化、季节变化特征。建立了大田冬小麦光谱植被指数与叶面积指数的关系模型和冬小麦农学参数与植被指数之间的关系模型，为开展冬小麦大田生长状况的遥感动态监测和产量预报打下基础。     

北疆一些水域光谱特征浅析

通过野外实地测试，对北疆地区的一些水体及其周边的地物进行了光谱特征的探讨，得出了北疆水域的一些光谱上的变化。     

多光谱卫星图象综合处理系统的可视化设计

多光谱卫星图象中蕴涵着丰富的气象信息，在天气监测和预报工作中发挥了重要作用。为使多光谱气象卫星图象更好的为气象工作服务，我们初步开发了多光谱卫星图象综合处理系统(MSISPS)。本文详细地论述了多光谱卫星图象综合处理系统的可视化设计原理、思想和方法以及此系统实现的主要功能。还介绍了位图显示、动画处理、创建新窗口和状态栏利用等关键技术在MSISPS中的应用。与现在的相关的软件相比，MSISPS实现了多光谱卫星图象的云分类分析、降水场分析和湿度场分析的可视化和交互式操作，使气象卫星图象处理的新技术和新方法得到了简便、高效、快捷的应用。     

大气中的臭氧

一、引言 还在光谱学发展的早期,人们就发现太阳光谱在2900埃以下有突然中断现象。但直到上世纪末和本世纪初,通过臭氧吸收光谱以及臭氧光谱与天狼星光谱的比较研究,才公认太阳光谱在2900埃以下的中断,是由于大气中臭氧的吸收,从而确定了大气中臭氧的存在。 一系列的研究,以及气球和火箭的探测结果表明,     

利用辐射数据构建云物理结构

本文运用CloudSat卫星上搭载的雷达探测数据和AQUA卫星搭载的辐射光谱仪探测数据,选择2007年1月至2010年12月期间,地理位置位于（15°~45°N,145°~165°E）区域内（远海）发生的云场数据开展分析,研究云的物理结构特征与其光谱辐射特性的相互关系。不同光谱波段对云物理结构变化的响应情况各有不同,首先从MODIS光谱仪22个云相关光谱波段中分析并选择出与云物理结构特征密切相关的光谱组合（包含13个波段）,而后开展了这些光谱波段的云辐射特性与云物理结构特征的相互变化关系研究。统计分析表明,在外部大气、地表条件以及太阳入射辐射变化不大情况下,云的结构变化与其光谱辐射变化之间总体存在单调相关关系,物理结构变化不大的云廓线之间其光谱辐射的变化也小,反之也成立,即光谱辐射变化小的云廓线之间物理结构变化也小。从而,对于某些内部物理结构特征未知的云,利用与其光谱辐射特性相近的云结构数据可实现自身垂直结构信息的重建。基于光谱辐射相近则云物理结构很可能相近的特点,本文对未知云场的物理结构重建开展了模拟试验,试验结果表明光谱相近原则匹配物理结构的方法一定程度上能够实现云物理结构的构建,为利用被动遥感数据推测云物理结构特征研究提供参考。     

高光谱遥感仪器的光谱参数和信噪比需求

卫星短波红外CO₂遥感获得大气低层CO₂浓度信息,已成为目前国际热点研究领域。结合气候变化及碳源、汇观测需求,利用高精度大气辐射传输模式研究了高光谱分辨率、高精度CO₂探测目标的可实现性。针对高光谱CO₂探测器光栅分光、阵列探测器特点,分析了光谱分辨率、光谱采样率等关键技术指标对CO₂探测的可能影响;基于辐射敏感度因子分析了不同探测精度要求下的信噪比需求。结果表明:高光谱CO₂探测器首先应具有足够高的光谱分辨率,以便从太阳反射连续谱段中分辨出CO₂吸收线;为保证CO₂光谱的准确性,光谱仪所用探测器面元应该保证光谱采样率大于2;尽管探测边界层内CO₂浓度1%变化所要求的信噪比难以达到,但探测整层大气CO₂浓度1%的变化所需要的信噪比是可以实现的。     

利用高光谱红外探测资料反演大气参数

文章介绍了红外高光谱的卫星探测技术以及利用现有的机载和星载高光谱资料的反演方法，着重讨论了美国NASA地球观测系统上携带的大气红外探测仪AIRS的反演方法。     

大气NO2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术（Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS）,以及MAX-DOAS仪器试验应用.试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将测量光谱进行消噪、波长校准以及去除Fraunhofer结构处理.利用分子吸收光学厚度和Ring效应光学厚度对处理后的测量光谱进行最小二乘法拟合,反演出了大气NO2差分斜柱浓度（Differential Slant Column Densities,简称DSCD）.分析了天津武清NO2的差分斜柱浓度反演结果,用简单快捷的几何法将NO2差分斜柱浓度转化成对流层垂直柱浓度（Vertical Column Densities,简称VCD）.研究表明,MAX-DOAS可以有效地监测污染地区对流层NO2的垂直柱浓度.