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...     

基于混合光谱理论的太湖水体叶绿素a浓度提取

TM图象多波段数据作为遥感监测水体叶绿素a浓度的数据源,已有多种遥感定量模型与之对应,但主要还是以经验模型为主。利用TM数据首先采用特征波段比值方法,建立太湖水体合适的叶绿素a浓度反演的遥感定量模型。由于经验模型的缺陷性,还提出了基于TM数据的水体混合光谱分析模型,同时分析了端元光谱提取方法对模型求解的影响。通过计算叶绿素a浓度模型估算结果与实地测量数据的相关系数和均方根误差(RMSE),可以发现混合光谱分析模型也是水体叶绿素a浓度遥感估算的另一条佳径。     

高分遥感共性产品算法测评与真实性检验技术体系及应用实例

随着中国高分辨率对地观测系统的发展，已经形成了高分标准产品、共性产品和专题产品多层应用服务体系，其中高分共性产品是衔接高分标准产品和专题产品间的桥梁。然而高分共性产品由算法发展而来，不可避免存在着误差，为后续遥感应用带来较大的不确定性。因此，论文提出了高分共性产品算法需测评，高分共性产品需真实性检验的高分共性产品生产过程中的两端质量保障方法体系。论文阐明了算法测评与真实性检验的内涵，以及算法测评和真实性检验方法体系，介绍了高分专项开展的高分共性产品真实性检验与算法测评系统平台，并以地表反照率高分共性产品算法测评为例，展示了算法测评的可行性。论文研究成果可为中国高分共性产品真实性检验和算法测评工作的开展提供重要支持。     

高分一号卫星中国植被覆盖度高时空分辨率产品验证与分析

植被覆盖度FVC (Fractional Vegetation Cover)是衡量地表植被状况的重要指标之一。卫星遥感是获取全球与区域动态FVC的主要技术手段,但现有FVC产品空间分辨率主要为中等（300 m）及中低分辨率,难以满足应用需求。已有高分辨率卫星较长的重访周期是制约高分辨率FVC产品难以生产的主要原因。国产高分一号（GF-1）宽幅相机（WFV）具有高时空分辨率特点,16 m空间分辨率和4天重访周期为高时空分辨率FVC产品生产提供数据支撑。本文对中国2018年—2020年16 m/10天GF-1 FVC产品从直接验证和间接验证两方面进行定量分析与评价,结果显示：（1）基于中国甘肃黑河站、吉林净月潭站、河北塞罕坝站等地面实测数据进行直接验证,GF-1 FVC产品精度（R2=0.57,RMSE=0.12,BIAS=-0.03）优于GEOV3 FVC产品,能够降低森林类型高估现象;（2）中国陆地近88%的像元GF-1 FVC产品全年缺失率低于70%,在生长季内约占82.73%的像元缺失率低于73.68%,产品能够较好的体现植被季节变化特征。基于国产GF-1卫星的高时空分辨率FVC产...     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...     

黑河遥感试验：回顾与展望

地球系统科学的基石之一是地球观测系统，许多观测试验甚至成为一个阶段地球系统科学认识和研究方法进步的里程碑。在这些观测试验中，遥感试验始终是核心组成部分。黑河遥感试验是以中国典型内陆河流域——黑河流域为研究区，以流域内山区冰冻圈、人工绿洲、天然绿洲的生态水文过程为研究对象，于2007年—2017年开展的大规模、多学科卫星—航空—地面综合遥感试验，历经“黑河综合遥感联合试验”和“黑河生态水文遥感试验”两个阶段，由52家单位，670余位科研人员参与，650多个试验数据集全部共享。黑河遥感试验以流域复杂异质性地表研究为特点，在多尺度观测方法创新、定量遥感发展、生态水文应用等方面取得了突破，实现了定量遥感和流域生态水文集成研究的深度结合。论文回顾了黑河遥感试验10年历程，凝练了尺度转换、异质性度量、不确定性定量的多尺度试验三原则，总结了星机地一体化、流域—子流域—足迹—单点多尺度嵌套、传感器网络、通量矩阵多尺度观测新方法，介绍了在多源遥感协同反演方法、异质性辐射传输模型、遥感产品真实性检验技术上的进步。在试验中也研发了降水、积雪、蒸散发、土壤水分、净初级生产力等10多种高分辨率流域尺度生态水文产...     

中国遥感实验与真实性检验的发展思考

遥感实验与真实性检验始终在遥感科学与技术发展中发挥重要的作用，遥感实验是真实性检验的基础，真实性检验是遥感算法精度的重要保障，是遥感产品质量提升的重要途径。中国遥感实验和真实性检验发展历经遥感应用实验、定量遥感机理研究实验以及真实性检验综合实验等3个主要发展阶段，遥感系列实验有力推动了中国遥感真实性检验理论和方法的发展，形成了从遥感观测到像元“真值”的遥感产品真实性检验系统性技术链条，发布实施了遥感真实性检验系列国家标准，构建了中国算法测评与真实性检验平台。2022年11月4—6日，中国举行了“首届遥感实验与真实性检验学术论坛”，围绕遥感实验与真实性检验理论与实践、地面观测与不确定性、真实性检验实践与平台、遥感实验与真实性检验的未来发展等多个议题展开了热烈的交流与讨论。论文在总结和回顾中国遥感实验与真实性检验领域主要进展的基础上，阐述中国遥感实验与真实性检验面临的问题与挑战，文章最后对其发展前景进行了展望。     

关于遥感实验场数字孪生体构建的思考

遥感机理模型构建、地表参数反演、遥感产品生产以及真实性检验等均离不开完备的地面先验知识支持，然而目前实验观测、模型模拟等均难以满足观测的完备性需求。目前，基于遥感实验场的数字孪生体生成遥感先验知识以支持遥感基础研究的思路逐渐成熟：突破物理遥感实验场的协同观测技术瓶颈，实现场景三维结构的数字重建；耦合辐射传输、能量平衡和植物生长模型，实现遥感实验场模拟的动态演进；基于物理遥感实验场数字孪生体驱动和约束地表观测数据，通过同化观测与模拟数据反馈优化机理模型，生成精度高、时间连续的完备观测数据集作为先验知识，以支撑遥感机理模型、遥感反演方法和真实性检验等研究。遥感实验场数字孪生体构建方法有望成为小尺度地球系统数字孪生体构建理论的雏形，进而推动地球科学各个学科全面、协同发展。     

基于三维随机辐射传输模型的高分一号中国叶面积指数产品算法

叶面积指数LAI (Leaf Area Index)是研究植被生态系统结构和功能的核心参数之一，遥感是获取大范围动态LAI的一个主要技术手段。目前国际上没有高分辨率的LAI标准化产品。本文基于三维随机辐射传输（3D-SRT）模型查找表算法研究了适用于国产高分辨率卫星高分一号宽幅相机（GF-1 WFV）的叶面积指数反演算法。模型中单次散射反照率和不确定性等参数与波段设置和波段稳定性相关。算法在全国范围内选取不同植被类型的均质样点，统计地表反射率的差异特征，调整全国6种植被类型各波段的单次散射反照率、不确定性等算法参数，进而构造适用于GF-1 WFV传感器的查找表以进行LAI的反演。研究中使用新疆维吾尔自治区石河子地区、内蒙古自治区四道桥包含农作物、森林等共359组实测地面数据开展LAI验证。验证结果表明，和调整参数前的反演结果相比，优化后的算法均方根误差RMSE可由算法优化前的1.209下降至0.804，决定系数R2由0.659提高至0.883，反演成功率RI可由25.3%提高至73.8%，算法精度和稳定性较高，更适用于GF-1叶面积指数的反演。将其应用于GF-1卫星影像上，生产了201...     

融合高分一号、风云四号及葵花-8的光合有效辐射遥感方法及产品研究

光合有效辐射是植被生产力模型的重要输入参数，也是陆地生态系统模型及生物地化模型等的重要特征参量。目前的全球或区域尺度光合有效辐射产品在起伏地表情形的精度及可用性尚存在不足，高分系列卫星的发射，为高空间分辨率光合有效辐射遥感产品反演提供了可能。本文结合高分一号卫星(GF-1)反演的地表反照率产品，气溶胶光学厚度产品，日本新一代静止卫星Himawari-8及国产风云四号卫星(FY-4)的云光学厚度产品及美国的SNPP卫星反演的气溶胶光学厚度产品(用于填补GF气溶胶产品的空值区)，发展了一种基于参数化模型的光合有效辐射遥感反演方法。晴空条件下，主要考虑气溶胶和瑞利散射对光合有效辐射的衰减；云天情形，则主要考虑云光学厚度参数对入射辐射的影响，以球形粒子的Mie散射理论和平面平行大气辐射传输原理计算总透过率；针对起伏地表，分别计算地形对坡面入射角度的影响、对直接辐射的遮蔽以及对散射辐射的增强/衰减效应，从而得到高分卫星光合有效辐射遥感反演模型及产品。利用河北怀来试验站、西南大学柑研所及黑河流域地表过程综合观测网的连续观测数据对光合有效辐射产品进行了对比验证，其相关系数为0.87，平均偏差为1.5...