全球碳盘点卫星遥感监测方法、进展与挑战

以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题,对全球可持续发展带来严峻挑战。2015年《巴黎协定》确定了自2020年后国家自主贡献的减排方式,并从2023年开始每5 a开展一次全球碳盘点。2019年第49届IPCC全会明确增加了基于卫星遥感的排放清单校验方法。欧盟、美国、日本、加拿大等正在大力发展温室气体排放的MVS（Monitoring and Verification Support）能力。本文调研分析了全球碳盘点对卫星遥感技术的需求,介绍了全球碳盘点卫星遥感的技术原理,梳理了温室气体卫星遥感、生态系统碳源汇卫星遥感估算、人为源碳排放卫星遥感、碳通量同化估算等全球碳盘点卫星遥感核心环节的研究现状与进展,分析了当前卫星遥感技术对全球碳盘点任务的支撑能力,并结合国内外发展趋势,针对性地提出中国的碳监测卫星计划方案,并展望了中国开展全球碳盘点卫星遥感监测重点任务,期望为中国全球碳盘点卫星遥感体系建设提供思路与方案。     

高分辨率地表反照率遥感估算研究进展

地表反照率是研究地表能量收支平衡、中长期天气预报和全球气候变化的一个重要参数。利用卫星数据估算地表反照率需要地表二向反射特征知识的支持，目前针对中低分辨率卫星数据的反照率反演算法相对成熟，且发布了不同分辨率和精度的全球产品。随着全球高分辨率对地观测技术的不断发展，特别是中国高分系列卫星的发展，为高分辨率地表反照率精确估算提供了丰富的数据源。然而高分辨率地表反照率遥感估算面临着观测角度数据不足、波段信息少等有效数据缺失的问题，国内外学者开展了一系列针对高分辨率地表反照率估算方法的研究。本文首先简述了地表反照率遥感估算的基本原理与目前存在的主要问题，总结并分析了近几年高分辨率反照率估算的相关算法，并对未来高分辨率反照率估算的进一步发展提出了展望和设想。论文研究可为高分辨率反照率算法研究和产品发展提供理论支持。     

基于北斗的精密单点定位估计对流层天顶延迟精度分析

通过全球导航卫星（GNSS）系统获取对流层天顶延迟对于气象和电波折射修正具有重要应用价值。利用自主研发的静态精密单点定位软件CRPPP,基于国际GNSS地球动力学服务局（IGS）发布的北斗系统（BDS）精密星历和精密钟差,给出了BDS估算天顶延迟结果。以IGS发布的全球定位系统（GPS）结果为参考对比,BDS估算天顶延迟结果平均偏差优于5mm,均方根误差（rms）优于2．3cm．同时,给出了西沙地区GPS与BDS估计结果,结果表明：利用北斗系统估计的对流层天顶延迟精度与GPS相当。     

GNSS精密卫星钟差估算与分析

为估算与分析GNSS卫星钟差的精度,利用中国测绘科学研究院国际GNSS监测评估系统分析中心研发的软件,采用全球均匀分布的50个IGS跟踪站和8个我国自建的IGMAS测站的观测数据,对GNSS包含的四大导航系统事后精密卫星钟差进行了估计。计算结果分别与国际上的分析中心结果进行了比对,得出GPS卫星钟差与IGS结果互差在0.2ns,GALILEO卫星钟差精度与GPS相当,在亚纳秒量级,GLONASS卫星钟差精度相对较低,在4ns以内,BDS各轨道类型上卫星之间钟差存在较大的系统性偏差,选择多星基准消除偏差之后,估算的北斗卫星钟差精度在1ns以内。试验结果表明,目前我国分析中心估算的卫星钟差总体上与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当。     

区域布站对全球导航星座的可见性分析及精度影响

本文针对我国全球卫星导航系统的发展趋势,分析了中国区域布站对全球星座的可见性,计算了导航卫星相对中国区域的不可见弧段长度,估算了不可见时段卫星轨道、钟差的外推精度损失及对系统定位精度的影响,探讨了几种解决区域布站跟踪弧度不足的途径,为我国卫星导航系统发展建设提供参考。     

陆地总初级生产力遥感估算精度分析

准确估算陆地总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)数值对碳循环过程模拟有重要影响。本文介绍了多种基于植被指数以及基于光能利用率的遥感GPP算法,综述了不同算法在其研究区域的估算精度;并分析了MODIS/GPP以及BESS/GPP两种遥感GPP产品在不同植被类型的估算精度。通过对比全球碳通量站网络GPP数据表明,MODIS/GPP产品在全球估算结果具显著相关性(R2=0.59)及中等标准误差(RMSE=2.86 g C/m2/day),估算精度较高的植被类型有落叶阔叶林,草地等;估算精度较低类型包括常绿阔叶林,稀树草原等。本文对GPP产品中存在的不确定性进行分析,通过综述前人研究中发现的遥感估算GPP方法中存在的问题,指出可能的提高卫星遥感GPP产品估算精度的方法及发展趋势。     

无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算

本文推导了星载测定外方位元素参与下,无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算公式。分别按姿态变化率为1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像、姿态变化率低于1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像以及LMCCD推扫式影像进行推算。各个估算公式均给出算例,供设计无地面控制卫星摄影测量工程应用。     

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品及其应用

FY-3D/MERSI-II全球火点监测产品主要包括全球范围内的火点位置、亚像元火点面积和火点强度等信息,可用于实时监测全球范围的森林草原火灾、秸秆焚烧等生物质燃烧状况。火点判识算法主要根据中红外通道对高温热源的敏感特性,即含有火点的中红外通道像元辐亮度和亮温较远红外通道的辐亮度和亮温偏高,同时较周边非火点的中红外像元偏高,建立合适的阈值可探测含有火点的像元。亚像元火点面积估算主要使用中红外单通道估算,根据亚像元火点面积估算结果对火点强度进行分级,不同的级别表示不同程度的火点辐射强度。基于全球火点自动判识结果,每日生成0.01°分辨率的卫星遥感日全球火点产品,每月生产0.25°×0.25°格点的全球月火点密度图。在利用FY-3D/MERSI-II火点产品开展的全球火点监测应用中,对多起全球重大野火事件进行了监测,为防灾减灾、全球气候变化研究、生态环境保护等方面提供卫星遥感信息支持。     

GNSS-R土壤湿度估算体系架构研究与初步实现

土壤湿度估算是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)反射信号遥感技术(GNSS reflectometry,GNSS-R)重要研究领域之一,近年来国内外学者在GNSS-R土壤湿度估算的理论可行性、信号接收处理方式、地基/空基试验、估算模型及其精度评价等方面做了大量研究工作,对GNSS-R陆面遥感技术应用起到了积极的推动作用。在对GNSS-R土壤湿度估算的研究成果进行梳理的基础上,建立GNSS-R土壤湿度估算体系架构,利用MATLAB进行土壤湿度估算模型集成与软件实现。结合研究机构公开数据集对软件中的估算模型和功能进行验证,表明该软件能够为开展GNSS-R土壤湿度估算的数据处理、模型验证等提供技术支持。     

卫星轨道力学模型分析

本文分析了目前卫星定轨中采用的轨道力学模型误差状况。使用Ｌａ－ｇｅｏｓ卫星的全球激光测距资料，利用长短弧定轨比较方法，给出了力学模型误差对此卫星的影响特性，并对所采用的力模型进行定性、定量分析。结果表明，卫星长弧定轨误差源来自于力学背景尚不十分清楚的因素。     

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS 35卫星的钟差,并对GPS 35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较.通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3 ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究.     

滑动式广义延拓插值法在GLONASS钟差插值中的应用

在对卫星钟差数据进行插值处理时,所采用插值算法的精度,直接影响到卫星钟差插值结果的精度,继而影响了卫星导航定位的精度. 因此在对卫星钟差数据进行插值时,应选择适宜的插值方法. 将Lagrange插值法和切比雪夫多项式拟合法进行滑动,利用这两种传统的插值方法和滑动式广义延拓插值法,分别对历元间隔为5 min的GLONASS卫星钟差数据插值到历元间隔为30 s的钟差数据,再与历元间隔为30 s的精密钟差数据进行对比,分析三种插值方法在GLONASS卫星钟差数据中的应用效果. 结果表明:利用这三种插值方法对GLONASS钟差数据进行插值时,插值精度均能满足要求,且滑动式广义延拓插值法的插值精度最高.      

IGS RTS钟差数据中断的实时修复方法研究

针对IGS RTS实时数据流产品在网络传输过程中普遍存在的数据中断问题,基于卫星钟差预报算法,文中提出实时"预报修复"方法,以钟差预报值实时修复发生中断历元的钟差数据.通过对RTS数据中断区间分布的统计分析,确定钟差预报的时间长度为5 min;采用改进的灰色系统模型,对不同时间长度初始数据的钟差预报结果进行对比,确定初...     

卫星重力梯度向下延拓的谱方法

本文提出在平面近似下解算卫星重力梯度向下延拓问题的谱方法，并采用模拟数据进行了试算，结果表明该方法是有效的。这为利用卫星重力梯度数据精化局部重力场提供了可供参考的方法。     

基于高光谱卫星遥感数据的UPDM分析方法

提出了一种用于处理多高光谱卫星数据的UPDM分析方法。研究结果证明．该方法应用干Landsat／TM(ETM^-)、Terra／MODIS和ADEOS—II／GLI等高光谱卫星传感器时．光谱重构均方根误差小于0．029适用于研究高光谱卫星遥感数据。     

Method for evaluating real-time GNSS satellite clock offset products

Real-time satellite clock offset products are frequently utilized in navigation and positioning service fields. The precision of such products is a key issue for their application. The evaluation methods existed for satellite clock offset products are mostly based on post-processed satellite clock offset solutions, which will encounter problems in real-time product evaluation, especially for real-time satellite clock offset products estimated from data with regional stations only. We propose an improved evaluation method for global navigation satellite system (GNSS) satellite clock offset products. In the proposed method, we use all-satellite reference method instead of single-satellite reference method to eliminate the timescale in satellite clock offset products. Moreover, a preprocessing step is suggested to detect gross errors and initial clock bias before evaluating the precision of the satellite clock offsets. We conduct two examples to verify our method, and the experimental results show that the proposed method is more reasonable in assessing the GNSS satellite clock offset precision, and it also provides a reliable approach to analyzing the estimated satellite clock offset in both real-time and post-processed, or globally and regionally.     

附有物理量和气象条件约束的光学卫星国土观测有效覆盖率评估

传统光学卫星国土观测覆盖评估建立在卫星对地理想覆盖的基础上,并未考虑卫星存储、星地数据传输、观测时长等物理量及观测区域气象因素对于覆盖性能的影响。本文针对光学遥感卫星的国土观测需求.建立国土观测有效覆盖能力评估指标体系,根据卫星数据存储能力、星地数据传输能力、卫星单圈最大观测时长、卫星观测太阳高度角等性能参数,提出了基于物理性能约束下的有效覆盖计算方法。根据气象台站历年气象数据,提出了气象约束因子的计算方法。综合考虑卫星物理性能约束与观测区域气象约束,计算光学遥感卫星对地观测有效覆盖能力。最后根据专家设计的光学遥感卫星国土观测有效覆盖能力评估指标权重,利用层次分析法(AHP)评估光学遥感卫星系统对于国土观测的需求满足程度。试验结果表明,本文方法对于国土观测有效覆盖的估算和评价结果更加精确,更接近于国土观测的实际应用需求,为对地观测有效覆盖能力评估提供了一种更为精确的可行方案。     

海上动态GNSS浮标的周跳处理算法

常规全球卫星导航系统（GNSS）周跳探测方法大多忽略了高度角对多路径误差以及观测噪声的影响．由于海上GNSS浮标的数据质量受海面影响很大,在卫星高度角降低时其观测噪声和多路径误差显著增大,且具有高频周跳特点,常规GNSS周跳探测方法并不适用．据此,提出了一种综合电离层总电子含量变化率（TECR）和顾及高度角加权阈值模型的改进双频码相组合（MW）探测法的周跳探测与修复方法．实验结果表明:该方法能有效抑制低高度角和多路径影响带来的信号噪声,准确探测到各种类型周跳,可有效应用于海上GNSS浮标的数据预处理.      

广义延拓插值法在BDS精密钟差中的应用

在高精度卫星数据处理中,卫星钟差数据的插值是一项重要的工作,其插值精度直接影响到卫星定位的精度,而传统的插值和拟合方法各有一定的局限性． 本文尝试将广义延拓插值法应用在北斗卫星导航系统（BDS）卫星钟差数据的处理中,通过把5 min历元间隔的钟差数据插值为30 s,再与30 s的精密钟差数据进行对比,并对其插值精度进行评估．讨论三个参数不同的取值组合与其插值结果精度之间的关系,得到最优参数组合,在该参数组合条件下与传统的Lagrange插值法的插值结果进行对比,得出的结果表明:利用广义延拓插值法对BDS卫星钟差数据进行插值时,其精度能够满足要求且略高于Lagrange插值法．      

A VARIATIONAL METHOD FOR COMPUTING POTENTIAL COEFFICIENTS USING DIFFERENT TYPES OF GRAVIMETRIC DATA

In this paper,a variational method is presented for solving theclassical gravimetric,satellite gravimetric and satellite altimetric mixed typeboudary value problem to obtain the potential coefficients.According to thisprinciple,classical gravimetric data（height measured by geometric levelling orheight triangulation）,satellite gravimetric data（height measured by satellitegeodesy technique）and satellite altimetric data can be used jointly to calculate thepotential coefficients.