近地表气温遥感反演研究进展

高时间分辨率的近地表气温空间分布数据是许多陆面过程模型中非常重要的输入参数之一.在常规气象观测站点稀少或没有的情况下,利用遥感技术进行较高时空分辫率的近地表气温估算与反演,在理论方法与业务实践上都具有重要研究意义.根据地表能量平衡与辐射平衡原理,在气温遥感反演物理机制分析的基础上,总结了国内外近年来气温遥感反演的研究进...     

对流层臭氧卫星遥感反演综述

臭氧是地球大气中最重要的痕量气体之一,在气候变化和生态环境中均扮演着至关重要的角色。对流层臭氧作为光化学烟雾的重要成分之一,其浓度变化与人类活动息息相关。基于卫星遥感技术监测对流层臭氧浓度可以帮助我们更好地发现和定量解释对流层臭氧在不同季节、不同时刻以及不同区域的变化特征,探讨臭氧在对流层中的成因机制。随着卫星遥感技术的全面发展,臭氧遥感产品（例如臭氧总量、廓线等）无论在产品精度或是时空分辨率方面均取得了显著进步,然而,由于受较弱卫星信号与复杂下垫面的影响,对流层臭氧遥感产品精度仍无法满足目前对流层大气成分的精细化科学应用研究。主要围绕对流层臭氧卫星遥感,回顾和分析了臭氧卫星遥感载荷的发展历程和现状,结果表明国内外已基于不同谱段（紫外—可见光、热红外和太赫兹）实现了全球及区域臭氧的时空分布探测;讨论了基于不同技术遥感反演算法（直接与间接反演、多波段联合反演、天底—临边协同反演、基于机器学习技术的创新算法等）的特点及适用性,分析表明算法精度的提升包括从复杂大气背景下的辐射传输模拟、基于地面观测的先验信息优化以及仪器定标与信噪比等多方面的工作;展望了卫星遥感在全球和区域尺度提供可靠对流层臭...     

1970-2000年中国近地层大气热力增强的气候效应

中国区域1970-2000年622个气象观测台站资料EOF分析显示,气温的上升导致中国大部分地区饱和水汽压差呈上升趋势,大气热力强度增加,风动力明显减弱.内蒙中部以南至长江中游以北区域是大气热力增强最为敏感的地区.气温升高导致这一区域大气"干燥力"增强,区域蒸发潜力下降速度低于其他地区,气温的上升对低云覆盖产生一定程度...     

基于MODIS卫星遥感图像数据典型地表发射率光学特性分析

地表发射率是热红外遥感中的重要参量,也是辐射传输中的重要参数。基于MOD11B1卫星遥感图像数据,利用HDF插件获取典型地表温度参数,具体包括沙地、黄土、草坪、江水、冰面和雪地。在ENVI Classic软件环境下,针对2015年12月至2016年8月不同区域、不同季节的典型地表进行6个热红外波段发射率数据获取,研究不同季节典型地表的发射率随波长以及温度的变化规律。研究结果表明：冬季典型地表发射率参数最高且变化范围小在0.02内。沙地的发射率数值平均在0.870~0.990之间;草坪、黄土和江水的发射率数值平均在0.910~0.990之间,冰面和雪地的发射率数值平均在0.965~0.985之间。草坪、沙地、黄土、江水、雪地和冰面地表发射率在波长3~5 μm范围内随温度成波浪型分布;草坪、江水、雪地和冰面地表发射率在波长8~12 μm范围内随温度不变化。     

基于HJ-1B卫星数据的疏勒河上游流域地表温度反演

地表温度是描述地表和大气之间物质交换和能量平衡的关键参数之一. 利用疏勒河上游流域2010年7月25日过境的HJ-1B卫星数据, 采用修正的Jimenez-Mufloz&Sobrino普适性单通道算法反演了疏勒河上游流域的地表温度. 与MODIS LST产品的对比验证表明, 该算法在研究区有较高的精度. 同时, 对不同土地利用类型的地表温度的分析表明, 土地利用类型不同, 其地表温度存在一定的差异, 其中, 稀疏草地的地表温度最高, 裸岩次之. 研究发现, 在河流和冰川区, 修正的单通道算法可能高估了表面温度. 同时, 对模型反演所需的关键地表参数的敏感性分析发现, 算法在一定范围(0~0.01)内对比辐射率不太敏感, 但超过该范围则变得非常敏感, 而对大气水汽含量比较敏感. 因此, 一定程度上, 地表比辐射率和大气水汽含量的精度对HJ-1B卫星数据反演地表温度的准确性起主要作用.     

卫星遥感反演土壤水分研究综述

土壤水分是影响地表过程的核心变量之一。精准地测量土壤水分及其时空分布,长期以来是定量遥感研究领域的难点问题。简要回顾基于光学、被动微波、主动微波和多传感器联合反演等卫星遥感反演土壤水分的主要反演算法、存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用土壤水分反演算法所形成的3种主要全球土壤水分数据集,包括欧洲气象业务卫星（ERS/MetOp）数据集、高级微波扫描辐射计（AMSR-E）数据集、土壤湿度与海洋盐分卫星（SMOS）数据集,并结合目前存在的问题探讨卫星遥感反演土壤水分研究的发展趋势。     

卫星遥感反演降水研究综述

降水是地球水循环的基本组成部分,具有重要的气象、气候和水文学意义.精准地测量降水及其区域和全球分布,长期以来一直是一个颇具挑战性的科学研究目标。经过近50年的发展,基于可见光、红外和微波等各类卫星传感器的降水反演算法也逐渐发展成熟起来。简要回顾可见光／红外、被动微波、雷达和多传感器联合反演等卫星遥感降水反演的基本原理、...     

不同边界条件对多年冻土上限影响的模型试验研究

在全球气候转暖对多年冻土影响的情景下，开展了在多模式下气温升高对冻土上限的影响试验研究。针对不加抛石遮阳棚、加抛石、加抛石遮阳棚3种情况，地表温度均采取基本温度加2次不同升温冻融循环，每次温控指标逐级提高0.5℃，即地表温度3次变化依次按照-16.1～5.8～-13.3℃、-15.6～6.3～-12.8℃、-15.1～6.8～-12.3℃进行，结果表明，加抛石及遮阳棚对多年冻土上限有着明显的影响，冻土上限的变化与气温基本上呈正相关，为寒区道路工程设计与施工提供了理论参考依据。     

高海拔多年冻土区坡向对坡面近地表水热状态的影响

高海拔多年冻土区坡向差异可引起两坡面的温度场不对称,进而造成基础设施的不均匀沉陷和纵向裂缝。目前坡向效应的研究主要围绕青藏铁路东-西两个坡面而开展的监测与模拟研究,但高原线性工程走向可能涉及不同的方向,其他走向坡面的水热差异状态研究不足。本研究在青藏高原花石峡冻土观测基地建设了一个具有八个坡向的监测实体(称：八棱台),在八个坡面和顶面近地表安装土壤温度、含水量传感器,监测研究坡向差异对坡面近地表水热状态的影响。结果表明：东-西相对坡面近地表温度差异最小,月平均温差为0.1～2.3℃,最大温差出现在5月;而南-北相对坡面近地表温度差异最大,月平均温差为1.3～7.7℃,最大温差出现在2月。其余两个相对坡面近地表温差介于东-西相对坡面和南-北相对坡面之间,其中东北-西南相对坡面温差小于西北-东南相对坡面。仅从近地表坡面温度差异来看,高海拔多年冻土区线性工程南-北走向热稳定性较好,其次是西北-东南向,坡向效应不显著而温度场对称性较好。同样八个坡面近地表土壤体积含水量总体差异为东北-西南相对坡面差异最小,融化期月平均体积含水量差最大为0.06 m³·m^-3     

海洋初级生产力的卫星遥感

从海水的光学特性入手,依据卫[JP2]星探测海洋初级生产力的基本原理,详细讨论了大气校正过程,并较为全面地阐述了现有的一些海洋初级生产力模式。通过列举个例对这些模式进行分类讨论,并对模式应用中的一些问题作出了分析和讨论,在此基础上指出了其存在的问题和发展的方向。     

LandSat8热红外遥感数据在甘肃临夏市地热资源调查中的应用

利用热红外遥感技术进行地热异常信息的提取可以为地热资源勘查评价提供重要的依据。本文以甘肃临夏市为研究区,选用2013年10月11日、2015年2月3日、2021年2月19日、2021年3月23日LandSat8数据,采用大气校正法进行地表温度反演,结合地形及地质构造等资料,去除传感器因子、时间因子、温度因子、构造因子等假的地热异常,判读出由于地热资源引起的地热异常可能区域有9个。其中,7号区域实地勘查出地热资源。研究表明,利用长时间跨度的秋冬季节LandSat8热红外数据可以有效提取临夏市地热异常信息;热红外遥感方式在地热调查中能减少外业工作量,但不能代替传统地热勘探方法;结合地形地质资料判读时,必须与专业知识相结合才能取得较好的应用效果。     

黄河三角洲地表特征参数的遥感研究

地表特征参数与下垫面特征密切相关,它是研究地表物质平衡和能量平衡的基础,因而应用遥感方法反演区域地表特征参数日益受到重视.本文主要应用现有的地表特征参数遥感反演模型,利用AVHRR和TM数据反演了黄河三角洲的地表特征参数:地表反照率、地面温度和植被指数等,并根据反演结果研究了地表特征参数及其合理组合所反映的地表特征.农田植被和天然植被的植被指数变化规律不同;在植被全覆盖区域,植被指数与反照率成幂函数关系,在极干或极湿情况下,地表温度与反照率成线性关系;地表特征参数的合理组合反映出黄河三角洲下垫面覆盖度低,裸地较多,地表较湿润,蒸发量较大.     

PMP估算中大气可降水量计算方法的探讨

可降水量是估算可能最大降水(PMP)的一个重要中间量。为验证不同方法推求可降水量的准确性,利用1998~2010年东南沿海五省(自治区)及香港地区共13个探空站和地面露点资料,分别采用3种不同方法(探空法、经验公式法和假绝热法)计算各站的大气可降水量,并对三种估算方法的结果进行比较。结果表明:经验公式法求得可降水量最小,探空法次之,假绝热法求得结果最大,偏差随着纬度变化。纬度越低,假绝热法推求的可降水量相对误差越大,且在有降水日时的偏差更为明显;经验公式法和假绝热法得到的结果均与探空法的可降水量相关性较强;三种求算方法得到的大气可降水量年内变化基本一致。建议在PMP估算中,利用地面最大12 h持续露点温度通过假绝热法推求可降水量时,应考虑纬度校正。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

基于IceBridge数据的南极别林斯高晋海的海冰厚度研究

海冰变化与全球气候、 生态系统和人类活动密切相关, 海冰厚度是海冰变化研究的重要参数之一。全面立体高精度观测海冰厚度的最有效手段是航空遥感, 而冰桥计划（IceBridge）是当前南北极最大的航空遥感工程。基于2009 - 2014年冰桥计划的激光雷达高程数据和数字测图系统相机光学影像对南极别林斯高晋海的海冰厚度进行研究, 并结合降雪量等气象数据探讨该区域海冰厚度变化的原因。研究发现该海域的海冰厚度在2009 - 2014年间整体呈微弱增长趋势（0.07 m·a^-1）, 但是在95%置信水平下不具有显著性。2009 - 2011年呈现先增加后减少的大幅度变化, 其中2010年达到极大值2.42 m, 之后开始缓慢增加。海冰厚度的年际变化与降雪和近地表温度等气象要素相关, 二者相比较而言降雪为主要影响因素。     

阜平县地表温度遥感反演及其空间特征研究

以阜平县为研究区域,基于Landsat 8遥感影像和ASTGTM2 DEM数据,利用辐射传输方程法反演地表温度,运用统计学方法分析地表温度与归一化植被指数(NDVI)、海拔和坡向之间的关系.结果表明:阜平县地表温度整体呈西高东低分布,地表温度与植被覆盖、地形要素之间的关系密切,地表温度高值区域主要分布在研究区西部和东北...     

海洋重要水文参数的卫星遥感反演研究综述

经过近50年的发展,海洋卫星遥感日益成熟,各种反演算法和数据集应运而生,大大推动了海洋水文过程的研究。围绕与海洋水文相关的重要物理参数,简要回顾了海面高度、海水深度、海表洋流及海水质量变化的卫星遥感反演基本原理、主要算法以及存在的难点和前沿性研究问题,介绍了应用遥感反演算法制成的全球海洋水文参数主要数据集,并结合目前存在的问题探讨了卫星遥感反演海洋水文参数的发展趋势及所面临的挑战。研究发现,运用多卫星、多通道、多模式的联合反演方法可以显著地提升人们监测海洋水文参数时空动态变化的能力,必将成为未来全球海洋水文遥感的主要研究方向之一。     

泥质岩脱水作用的高压差热实验研究

俯冲带变质脱水作用对俯冲带的流体形成、岩浆起源和演化起着重要的控制作用。泥质岩是俯冲板块表层沉积物的典型代表,本文以天然泥质岩为对象,成功运用高压差热分析(HP-DTA)方法对其在1．5-4．0GPa下的脱水温度进行了实验研究。结果表明,泥质岩的脱水温度与压力呈很好的负相关关系。通过与冷、热俯冲带地热梯度线比较,确定了泥质岩在俯冲带深部发生变质脱水作用的深度范围(75-145 km),为岛弧岩浆源区位置的解释提供了实验证据。     

地基GPS遥感的成都地区夏季可降水量的日循环合成分析

利用成都地基全球定位系统(GPS)观测网2004年7~9月的观测数据,结合自动气象站获得的气象资料计算出GPS遥感的可降水量(PWV).与气象探空站观测资料算出的可降水量进行对比,确定出本次GPS遥感可降水量的精度为3.09 mm.并对成都、郫县夏季PWV的日循环特征进行了合成分析.结果表明:PWV呈明显的日循环,最小值出现在8:00(北京时间),成都和郫县分别为40.5 mm和35.0 mm;最大值出现在17:00左右,成都和郫县分别为43.5 mm和38.0 mm.白天PWV的变化较大,夜间相对稳定,日变幅为3 mm.在盛夏静稳型天气下,成都地区的PWV日循环特征与地面气温基本一致,皆受太阳辐射日变化的控制.降水日变化的一个显著特点是降水主要发生在夜间,当PWV在下午达到最大之后,主降水阶段开始,使PWV明显减少,同时使地面空气比湿迅速增大;当PWV下降到一个稳定状态后,主降水过程随之结束.大气水汽总量的积累和释放与地面降水有较好的对应关系,PWV的持续性递增和持续性递减预示着降水的开始和结束.     

Landsat8卫星数据在安徽黄山汤口-寨西地热资源调查中的应用

遥感大数据分析与应用正成为地球信息科学领域重要的研究内容。利用热红外遥感技术进行地热异常信息的提取可以为地热资源勘查评价提供重要的依据。Landsat系列卫星数据拥有长时间的数据积累和较高的空间分辨率,是地表热环境时空序列大数据分析的重要数据。最新一代的Landsat8 卫星热红外数据在延续了较高分辨率的同时,敏感性更强,更加适合于对地表热环境空间分布进行精确分析。本文以安徽黄山汤口-寨西工作区为研究区,分别选用2016年12月9日Landsat8 的热红外遥感数据和2009年12月6日Landsat5 TM 数据,采用大气校正方法进行地表温度的反演和对比分析,通过密度分割分析提取地热异常信息,并综合遥感地质解译信息、气象、地形等数据,对工作区地热资源有利区进行了预测。结果表明：两个时相地表温度反演结果的空间分布基本一致,利用Landsat8 热红外数据的地表温度反演结果可以有效地获取地热异常信息,所圈定的地热异常较为合理,与工作区内主要的断裂构造分布一致,且和物探勘查和钻孔实验结果相对应,可以为地热资源勘查大数据分析提供重要的数据源。