GNSS信号土壤衰减模型的试验验证方法

GNSS（global navigation satellite system）信号在土壤中的衰减情况对于研究GNSS反射信号的有效遥感深度具有重要意义。本文通过试验研究了北斗信号与GPS（global positioning system）信号在土壤中的衰减情况。在试验设计上将GNSS天线置入土壤中并不断改变天线上方的土壤厚度与湿度以采集GNSS信号的功率衰减数据,最后利用这些数据反演土壤湿度以对GNSS信号土壤衰减模型进行验证。试验结果表明,土壤能够使GNSS信号发生明显的衰减。土壤的湿度值与厚度值越大,GNSS信号功率衰减越严重。在黏土土质,土壤湿度为0.15~0.30 cm³/cm³的情况下,当土壤厚度达到21 cm时,GNSS信号功率已衰减至无法被GNSS接收机测出。进一步根据GNSS信号衰减模型反演土壤湿度,结果显示,模型在土壤厚度大于等于10 cm、卫星仰角高于50°的情况下较为精确,此时利用北斗B1信号与GPS L1信号反演土壤湿度的均方根误差分别小于0.04 cm³/cm³与0.09 cm³/cm³。     

用遗传算法反演地壳的变密度模型

用青藏高原布格重力异常资料,结合亚东格尔木地学断面得到的Moho面结构,反演了青藏高原中部地壳内密度随深度变化的指数分布函数,试验得出地壳表层与地幔的密度差约为-0.926 g·cm^-3,地壳的平均密度值为2.750 g·cm^-3。     

基于表观热惯量与温度植被指数的FY-3B土壤水分降尺度研究

为进一步研究风云三号(FY-3B)土壤水分降尺度获取高分辨率土壤水分的方法,使其更适用于农业、水文、生态等区域尺度的应用要求,以MODIS为数据源,青藏高原那曲地区为研究区,利用表观热惯量模型(apparent thermal inertia,ATI)与温度植被指数(temperature vegetation ind...     

GRACE卫星的冰川消融与水储量变化探讨

针对青藏高原地区的冰川消融会影响发源于该地区的长江流域水储量变化这一情况,该文对二者的相关性进行深入研究。基于GRACE卫星2004—2010年重力数据,联合水文模型,利用水量平衡法,计算得到青藏高原地区冰川消融的平均速率为0.369cm/a,表明青藏高原冰川正在以较大速率消融;进而反演建立青藏高原和长江流域两个区域质量变迁的时间序列,计算得到两个区域的平均变化速率分别为-0.095cm/a和0.381cm/a,表明青藏高原地区的质量在以缓慢的速率减少,而长江流域水储量具有逐年增加的趋势且变化速率更大;最后通过分析计算结果,得出青藏高原地区冰川消融对长江流域水储量变化的贡献占其整个水量变化的20%。     

积雪被动微波遥感研究进展

针对传统的星基全球导航卫星系统反射测量（global navigation satellite system–reflectometry,GNSS-R）技术在土壤湿度反演中对土地覆盖类型信息利用不全面的问题,引入基于国际地圈生物圈计划（international geosphere biosphere programme,IGBP）分类的土地覆盖类型数据,考虑不同土地类型间的相似性和差异性,根据语义关系设计了精细化的特征标签,并将其加入BP（back propagation）神经网络中构建土壤湿度反演模型。利用该方法得到的土壤湿度与参考值的相关系数为0.85,均方根误差为0.060 cm³/cm³,相比于已有的IGBP编号标签法,反演精度提升了7.7%。结果表明,精细化土地覆盖类型标签法可以更大程度地利用土地覆盖信息,不依赖植被、地表粗糙度等辅助数据,有效实现土壤湿度反演。

     

论相对论重力位及相对论大地水准面

根据广义相对论,两地之间的重力位差导致两地之间时钟的运行速率差或频率差。反之,通过比对两地之间高精度时钟的守时速率之差或频率差,则可确定两地之间的重力位差及海拔高程差。本文选取国际度量局(BIPM)发布的5个台站2013年4月1日至21日的卫星双向时频传递(TWSTFT)数据,采用卫星双向时间频率传递技术,并基于重力频移法确定两地之间重力位差和高程差。与EGM2008模型结果的比对结果表明,重力位差和高程差的标准差分别为129.2 m²·s^-2和13.2 m。实验结果与目前守时台站所采用原子钟的稳定度10×10^-15量级基本一致。迅速发展的时频技术及原子钟(光钟)精度不断提高,为利用卫星双向时间频率传递确定重力位差和高程差提供了应用空间。     

基于垂直订正和湿度订正方法估算川渝地区逐小时PM2.5

针对PM_2.5污染比较严重的川渝地区,本研究利用日本静止葵花卫星(Himawari-8)反演的气溶胶光学厚度(AOD)进行垂直订正和湿度订正估算川渝地区2017年—2018年09:00—16:00时的PM_2.5浓度。首先,基于气象观测的能见度(vis)数据与消光系数σa(λ)之间的关系,引入“标高(Ha)”对气溶胶光学厚度进行垂直订正;其次,根据匹配的气象和环境监测数据对每一个站点逐一拟合1—12月份的吸湿增长因子,并采用反距离加权空间插值(IDW)方法构建吸湿订正因子网格,从而进行湿度订正估算。研究结果表明,经垂直订正和湿度订正后,相比AOD与PM_2.5之间的相关性,“干”消光系数σ_dry与PM_2.5的相关性显著提高,相关系数(r)由0.12—0.45提高至0.32—0.69;验证09:00至16:00时卫星估算结果,相关系数(r)均大于0.7,均方根误差(RMSE)为18.59±2.26μg/m³;提取所有观测站点进行验证,r=0.82,RMSE=18...     

西藏自治区那曲地区湖泊提取及面积动态变化

湖泊是一种重要的水体，其分布、组成与功能很大程度上决定了该区域水环境质量，因此对它进行合理地开发和利用尤为关键。本文以西藏自治区那曲市为例，选取2000—2020年Landsat TM/OLI影像和中国气象台资料网络的气候信息年数据；采用NDWI、AWEI、监督分类最大似然法和面向对象等方法提取那曲市湖泊水体，计算湖泊面积。研究结果表明：(1)通过对4种方法的对比分析得出，监督分类法是最适合本文湖泊提取的方法。(2)在研究的84个湖泊中，研究时间段内湖泊面积增加了3 019.495 km²,其中面积增大的有74个，面积持续减少的共有10个，主要集中在申扎县、班戈县、色尼区和安多县，面积共减少了70.962 km²,其余湖泊未见明显变化。(3)气温变化、降水量、蒸发量三者共同作用影响湖泊面积的变化，研究表明，年降水量、蒸发量是造成湖泊面积变化的主要因素。     

2015—2019年冬季黄河流域中游大气污染物空间分布特征

本文基于2015—2019年冬季黄河流域中游地区（山西段和陕西段）6种大气污染物的浓度数据,研究了黄河流域中游冬季大气污染物的变化特征。研究结果表明,2015—2019年黄河流域中游地区,PM₁₀和CO浓度持续降低,O₃浓度持续升高,PM_2.5、SO₂及NO₂平均浓度呈先上升后下降的规律。2019年主要污染物NO₂、CO、PM_2.5、PM₁₀及SO₂浓度均最低;2019年冬季O₃平均浓度达到最高（54μg/m³）。研究地区下游的PM_2.5浓度高于上游,且沿黄河由北向南其浓度逐渐增加,黄河东侧山西段的PM_2.5浓度高于西侧陕西段。研究区域PM₁₀污染浓度由2015—2016年的黄河东侧高西侧低转变为2017—2019年上游低下游高的分布特征。SO₂浓度呈黄河东岸比西岸高的分布。NO₂高值区域从2015—2017年黄河西侧下游地区变为2018—2019年中上游地区;CO平均浓度高值区域位于黄河东侧下游地区;O₃浓度空间分布特征不明显,但近5年浓度大幅增加,需要加强对臭氧的防控。     

广西壮族自治区短轮伐期人工林时空分布信息提取

短轮伐期人工林SRPs (Short-Rotation Plantations)作为主要的经济型林类,对于生态环境保护以及社会经济发展都有着重要的影响,但精细的SRPs时空分布信息十分缺乏。本研究以中国SRPs种植最为广泛的广西壮族自治区(以下简称广西)为研究区域,基于Google Earth Engine云平台以及1986年—2019年的Landsat影像数据,应用LandTrendr时间序列分割算法对SRPs的时空分布信息进行了提取。结果分析表明：(1)广西SRPs种植面积近30年呈逐年稳定快速增加的态势,1990年种植面积仅1.93×10⁵ ha,到2019年达到了4.04×10⁶ ha,年均增长速度达到1.33×10⁵ ha;(2)从空间分布来看,广西东部、南部SRPs分布较为集中,其主要分布在海拔500 m以下的低海拔地区以及地表坡度在20°左右的坡地,且河池市是广西SRPs种植分布面积最大的地级市;(3) SRPs种植面积变化趋势与林业产值存在很强的相关性(r=0.83,p<0.001),表明SRPs是...     

GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究

全球导航卫星系统干涉反射测量（global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR）技术能探测浅层地表的土壤湿度。针对多系统组合的土壤湿度反演问题,基于轨迹聚类方法,从全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略（Galileo）导航系统的信噪比观测数据中提取多径干涉相位,利用经验模型求解轨迹聚类后的土壤湿度估计值,以加权平均方式得到系统组合后的估计结果。结果表明,BDS、Galileo反演精度相当且优于GPS、GLONASS,基于轨迹聚类的多系统组合土壤湿度估计方法的均方根误差为0.041 4 cm³/cm³,相比于单系统的综合反演精度提升约16.3%,相比于单系统的最佳频段反演精度提升约5.2%,所提方法能有效监测土壤湿度的变化。

     

2000年—2018年中国和印度的长期PM2.5污染暴露的疾病负担研究

PM_2.5作为空气污染物，对人体健康构成了潜在威胁。中国和印度是全球人口最多的两个发展中国家，PM_2.5污染造成的疾病负担问题尤为严重。因此，本文基于长时间序列高分辨率(0.01°×0.01°)卫星反演的PM_2.5浓度数据，分析了中国和印度19年(2000年—2018年)的PM_2.5时空格局变化和人口暴露情况；基于综合暴露响应模型全面评估了两个国家因PM_2.5长期暴露导致的6种疾病(急性下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、二型糖尿病、缺血性心脏病、肺癌和中风)的过早死亡人数。结果表明，中国PM_2.5浓度的高值区集中在新疆、四川盆地、华北平原以及长江经济带等地区，年人口加权浓度总体呈减少趋势(2000年为50μg·m^-3,2018年为40.8μg·m^-3)；印度PM_2.5浓度的高值区集中在北部地区，年人口加权浓度一直呈上升趋势(2000年为51.5μg·m^-3,2018年为76...     

基于InVEST模型的京津冀土地利用变化及碳储量时空分异研究

大气中二氧化碳含量的增加是国际社会广泛关注的环境问题,人类活动改变土地利用格局,而土地利用/覆被(land-use/land-cover, LULC)变化影响陆地生态系统结构、功能及碳循环。本文在全球地表覆盖数据GlobeLand30的支持下分析了2000—2020年京津冀土地利用变化,利用InVEST模型模拟了碳储量时空变化,并结合空间自相关分析技术对其进行了分区研究。结果表明：(1)2000—2020年京津冀地区耕地和人造地表变化面积最大,分别为减少340 222.124 hm²和增加246 333.493 hm²;(2)京津冀地区2000、2010和2020年碳储量总值分别为1666.47×10⁶、1654.63×10⁶、1632.88×10⁶ t,耕地流失和人造地表扩张是碳储量下降的主要原因;(3)京津冀碳储量高值主要分布在海拔相对较高的山林地区,低值主要分布在北京市中心、津冀海岸带,以及河北省沧州和唐山的东部南部区域;(4)局部自相关结果表明,碳储量出现高-高聚集的区...     

利用掩星技术研究南极地区顶部电离层特性

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取了F₂层峰值高度(hmF2)、F₂层峰值密度(NmF2)、垂直标尺高(vertical scale height,VSH)等电离层参数,研究了南极地区的F₂层在太阳活动周期内的变化、年际变化、周日变化等,并且重点分析了南极地区的顶部电离层的垂直结构特征,尤其是威德尔海异常在垂直方向上的变化。结果表明,整个南极的hmF2每日均值在250~300 km左右,NmF2每日均值在1~8×10¹¹ el/m³之间,VSH每日均值在100~250 km,威德尔海异常主要表现在顶部电子密度的增强和底部电子密度的减少。     

西藏植被碳源/汇时空变化特征及其影响因子分析

针对气候、地形和人类活动对西藏植被碳源汇的影响程度问题,该文基于MOD17A3HGF数据,结合土壤异养呼吸模型,模拟估算西藏植被净生态系统生产力,综合气候、地形和人类活动3方面影响因子,利用趋势分析和地理探测器方法,探讨了2001—2020年西藏碳源/汇时空演变特征及碳汇空间分布的影响因子。结果表明：(1)2001—2020年西藏植被整体呈现碳汇状态,多年均值为124.72(g C·m^-2·a^-1);(2)碳汇区主要集中在东部及南部林地地区,碳源区主要分布在西北部昆仑高寒高原地区和南部喜马拉雅山脉高海拔地区;(3)高程、温度和降水是影响碳汇空间分布的主要因素,解释力均高于40%,其中降水和高程的交互作用是碳汇的显著影响因素;(4)在不同产业县内,降水和高程对碳汇的解释力仍然较强,人类足迹对牧业县碳汇的影响力远高于农业县和半农半牧县。     

基于GEE的干旱区流域湿地水体时空动态变化特征分析——以宁夏平原为例

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略,宁夏平原为黄河流域具有代表性的典型湿地区域。本文基于谷歌地球引擎平台(GEE)对宁夏平原1984—2020年湿地水体的历史覆盖、面积变化、类型转变及季节性演变等动态信息进行分析与评价。结果表明：(1) 1984—2020年宁夏平原湿地水体历史覆盖面积为1 373.86 km²,占研究区面积的8.1%,全时段覆盖水体面积为116.46 km²;(2) 1984—1999年至2000—2020年宁夏平原地表水体面积共计增加482.99 km²,总体面积变化率为45.6%;(3)研究区新增永久性水体明显,过去37年新增永久性水体218.89 km²,同时季节性水体面积变化幅度较大;(4) 2020年,全年覆盖水体占比为39.45%,而1—6月覆盖时间的水体面积占比超过50%。本文成果可为环境保护和黄河流域高质量发展提供数据支撑。     

近30年青藏高原可可西里盐湖面积动态变化及其影响因素分析

青藏高原湖泊是全球气候变化的敏感指标,对全球气候变化具有很强的反馈作用。由于卓乃湖的溃堤,地处于青藏高原腹地的可可西里盐湖迅速扩张,这不仅对周边草地植被及流经的冻土造成危害,对青藏铁路和青藏公路的正常运行也产生了干扰。本文利用多源遥感监测手段对可可西里盐湖近30年面积进行监测,从时空变化趋势上提取盐湖面积的动态变化并进行成因分析。结果表明：(1)2011年9月卓乃湖溃决,导致可可西里盐湖面积1990—2020年增大了178.535 km²;(2)自2020年可可西里盐湖的引流工程完工,盐湖面积得到有效遏制,并在2021年缩小至191.145 km²;(3)盐湖湖岸线自1990—2020年主要在东南部和西南部有显著扩张,而最大的变化是盐湖东部由以前伸入湖中央的半岛变为孤岛;(4)面积与降水、气温呈显著相关关系,与日照时长、冰川融水呈弱相关关系。     

利用包络线消除法反演黄绵土水分含量

采集2014年陕西省乾县黄绵土土壤样本129个,风干过程中进行光谱反射率及水分含量测定,采用包络线消除法提取水分吸收特征参数,进行黄绵土水分含量反演。在对土壤水分含量和光谱吸收特征参数进行相关分析的基础上,运用一元线性回归、对数、指数、幂函数分析法,建立了土壤水分含量定量反演模型。结果表明,相关性较好的为最大吸收深度（D）、吸收总面积（A）、吸收峰右面积（R_A）和吸收峰左面积（L_A）,1 900 nm的光谱吸收特征参数相关性优于1 400 nm。以D_{1 900}、R_{A1 900}为自变量建立的一元线性模型和A_{1 900}、A_{1 400}为自变量建立的对数模型是最佳预测模型,其建模和验证模型的决定系数R2分别大于0.92和0.95,相对分析误差值大于4,预测均方根误差小于1.5%。     

裸露地表微波热采样深度统计模型

被动微波遥感反演土壤水分对应的土壤深度是土壤水分产品真实性检验和应用中必须确定的问题。本研究利用理论模型对影响土壤热采样深度的参数进行了分析。在此基础上,通过回归分析的方法发展了一个估算被动微波遥感土壤热采样深度的统计模型,并通过微波辐射测量实验对模型进行了验证。研究证明,理论模型模拟裸露地表发射率平均误差为0.032,基于理论模型发展的热采样深度统计模型的误差在0.5 cm左右。该统计模型可以通过土壤含水量、温度、质地和观测频率4个较容易获取的参数计算土壤微波辐射的热采样深度,为被动微波遥感土壤水分产品的真实性检验工作中地面土壤水分测量以及土壤水分遥感产品的应用提供参考。     

气象驱动下的终端湖泊流域环境变化研究

在干旱地区,终端湖面积变化受气候影响较大,同时湖泊面积变化对生态环境平衡和土地利用变化起着重要作用。基于Landsat和JRC Global Surface Water(JRC GSW)多源遥感数据、气象数据、土地利用数据和NDVI数据,分析了艾比湖水面面积变化及驱动因素,以及对艾比湖流域环境的影响。得出如下结论：2000—2020年艾比湖面积呈现先减少后增加的趋势,2010年左右为转折点;面积变化与降水量的相关性最大(R²=0.589,P <0.01和R²=0.519,P <0.05);流域内耕地面积增长最大,为3 140 km²,占研究区总面积的6.23%;其次是草地面积增加1 402 km²,占研究区总面积的2.78%;而面积减少最多的是未利用土地,为2 974 km²,占总面积的5.90%,主要转化为草地和耕地;由NDVI变化可知,该流域内的植被主要由草地构成,并且草地高覆盖(>0.8)区呈现出增加趋势,集中在人类活动区。干旱区终端湖泊面积变化监测是生...