琼东水体后向散射系数与浮游植物生物量的关系模型*

海洋中光后向散射系数的变化包含了浮游植物生物量的信息, 可应用于卫星遥感和光学剖面观测平台获取海洋中大时空尺度-高分辨率剖面的浮游植物生物量变化特征。本文选取了琼东上升流影响下生物—光学变异性较为显著的海域, 基于2013年航次实测数据, 建立了颗粒物后向散射系数(b_bp)与叶绿素a浓度(Chl a)间的区域性关系模型。模型假定颗粒物后向散射系数由不随叶绿素浓度变化的固定背景值, 以及较大粒级(>2μm)和pico级(微微型, <2μm)两类浮游植物的后向散射贡献累加所得。采集的数据集进行了模型检验, 结果表明, 模型能很好地模拟琼东海域水体的b_bp与Chl a间的变化趋势, 性能优于常用的幂函数关系模型, 尤其在低叶绿素浓度范围, 很好地解决幂函数显著低估的现象; 琼东海域的b_bp和Chl a关系存在显著的水层变化, 底层后向散射固定背景值显著高于上层水体背景值, 表明底层受上升流的影响, 水体中不随Chl a共变的颗粒物浓度增大, 其后向散射相应增强; 叶绿素最大层的后向散射固定背景值显著低于上层其他水体的固定背景值, 后向散射固定背景值的贡献百分比约为21%~35%; 随着叶绿素浓度增大, 较大粒级的浮游植物对颗粒物后向散射系数的贡献也显著增大, 可达到50%以上, pico级浮游植物贡献稳定在40%附近。本研究的结果将为琼东海域浮游植物生物量的光学遥感、生物地球化学过程研究提供更为精确的区域性模型和基础支撑数据。     

利用卫星高度计风速资料研究海面粗糙度

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事都非常重要，但对海面粗糙度的现场观测资料非常少，这大大制约了我们对海面粗糙度的认识。本文利用TOPEX高度计风速资料，实现了对海面粗糙度的反演。利用1993年和1998年两年的资料，文中对西北太平洋海域的海面粗糙度进行了研究。     

由TOPEX/Poseidon探测的中国区域后向散射系数时空分布

利用TOPEX/Poseidon卫星连续12年（1993年1月～2004年12月）对中国大陆及周边地区观测的GDR-M（Merged Geophysical Data Record）数据集,提取Ku波段和C波段的后向散射系数,经平滑、内插处理之后,得到5′×5′的网格数据及其时间序列.对后向散射系数在中国典型地表类型（如湿地、沙漠、山地和农业基地等）的空间分布特征进行了分析与讨论.利用快速Fourier变换（FFT）探测后向散射系数时间序列的周期变化,发现周期以周年为主,部分地区还有半年周期变化.利用最小二乘方法得到周年周期和半年周期的振幅等周期项信息,结果显示周年振幅明显大于半年振幅.分析了后向散射系数时间序列异常与我国环境和气候变化以及严重灾害（如洪水、干旱）的关系.利用SRTM导出的坡度对我国部分地区的后向散射系数的相关性进行了分析,以确定地势对后向散射系数的影响程度,结果显示Ku波段和C波段后向散射系数皆与坡度呈负相关,辽宁和吉林地区的相关性最强为0.56,塔克拉玛干沙漠地区的相关性最弱为0.11,其他地区多为（0.3～0.5）之间,表明地势起伏而引起的坡度对后向散射系数有显著的负相关性.     

太湖秋季水体体散射和散射相函数特征

利用Fournier and Forand(FF)体散射函数近似计算方法模拟太湖水体的体散射函数以及散射相函数,进而分析太湖水体体散射函数和散射相函数的特性,以及与波段、深度之间的变化关系,空间分布差异。研究表明,太湖水体体散射函数表现为具有极强前向散射特性的大颗粒物散射特征,体散射函数随波段变化的差异性主要体现在后向方向上,散射相函数的变化规律与体散射函数较为相似;而随着深度的变化体散射函数几乎没有变化,但散射相函数表现出了较为明显的层状特征;体散射函数和散射相函数在空间上表现出了较大的差异性,这种差异性随着散射角的增大而不断地加强。     

基于合成孔径雷达影像的海洋溢油纹理特征参数分析

溢油已是当前海洋生态环境破坏的主要因素之一,因此对海洋溢油的检测分析是当前海洋环境保护的一个重要课题。传统的溢油提取仅仅是单独依靠光学影像的光谱信息或者合成孔径雷达(SAR)影像的后向散射系数信息进行提取,这会造成很多同谱异物或者粗糙度相近似的地物错分,因此除了利用传统的影像信息以外,还需结合影像的纹理信息,从而提高溢油提取的精度,减少错分地物的数量。选用2006年渤海地区的三景同轨SAR影像作为数据基础,应用基于灰度共生矩阵的方法对其进行纹理分析。该方法可以很好地对图像区域和表面进行感知并能够从像元的灰度相关性上对纹理特征进行详细描述,因此适合于SAR影像的海洋溢油检测。在纹理分析的过程中有很多的参数需要选择,参数选择的好坏将直接影响最终提取结果的精度。通过对纹理分析过程中的参数进行讨论、实验、选择与验证,最终确定了基于灰度共生矩阵纹理分析中各参数的值,并选择了局部平稳、非相似性、对比度、变化量4个特征量作为溢油提取的纹理特征统计量。将纹理特征与SAR自身的后向散射系数相结合,通过神经网络分类法对其进行分类,并计算出分类精度为80.65%,分类效果良好。由此说明了将影像的传统信息与纹理信息相结合进行溢油提取是一种可行而有效的方法,同时也为后续的海洋溢油检测工作奠定了一定的基础。     

利用尾波包络线反演方法研究伽师强震群区地壳的非均匀结构

以单次散射模型、球形辐射源、一维线性速度模型为基础计算理论包络线,通过尾波归一化方法把理论与观测包络线结合起来形成非线性方程组,用迭代最小二乘方法反演伽师强震群区的散射系数空间分布.结果表明,伽师强震群区下方中上地壳中存在明显的非均匀结构.在10~25 km各深度图像上,研究区中部都存在一低散射系数区,这个低散射系数区在10 km、15 km深度被高散射系数区包围,在20 km深度仅其东侧存在高散射系数区.1997年的7次M_s≥6.0级地震发生在研究区中部的低散射系数区内或低散射系数区向高散射系数区过渡带的低散射系数一侧.     

干旱区草原地上植被生物量估算——以乌图美仁大草原芦苇植被为例

草原是干旱区生态系统中重要的可再生资源。本文基于草本植被的结构特征,利用ASAR和TM数据,结合MIMICS模型,提出了一种估算干旱区草原地上植被生物量的方法。该方法将光学遥感数据容易反演的叶面积指数（LAI）作为反演生物量模型的参数之一,并利用LAI成功估算了单位面积内的草本植被密度。将地上生物量作为输入变量代入改进的MIMICS模型,利用查找表方法,计算出地上植被生物量。然后,将该方法应用于乌图美仁草原的地上植被生物量的反演。结果表明,该方法能够成功地反演干旱区草原草本植被地上生物量,精度达到R²=0.8562,RMSD=0.6263。最后,分析了该方法估算植被生物量的误差来源。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘气溶胶对低层大气的加热效应

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站2006年8月1日-2007年7月31日近地层80 m铁塔逐时温度、辐射和5 minPM10浓度、黑碳(BC)质量浓度、散射系数等数据,结合地面常规气象数据筛选出四季沙尘过程,剔除云的影响,以每次沙尘过程的晴空为大气背景值,分析沙尘气溶胶对低层大气的加热效应.结果表明,沙漠腹地沙尘过程对低层大气日平均温度有显著的增温效应,扬沙在冬、春季最剧烈,日平均温度分别高出晴空3.4和3.8℃,沙尘暴其次,浮尘最小.沙尘过程显著地增大了大气逆辐射量,沙尘暴日平均为晴空的1.24倍,扬沙为晴空的1.21倍.沙尘影响低层大气温度梯度分布,显著缩短了大气的逆温时间,减弱了逆温强度.沙尘过程对低层大气增温的原因,春季是大粒子浓度的显著增大,冬季是吸收性粒子的增多,而夏、秋季则为小粒子浓度的增大和散射系数的增大.低层大气温度梯度在扬沙天气随PM10的增加而减小,主要由低层10m以下大气温度变化引起;浮尘天气主要与小粒子浓度关系密切,其影响高度最大,春、夏季可以达全层80 m,秋、冬季也可超过32 m;沙尘暴一致性较差,除秋季外,均由2 m以内温度变化所致.     

湖冰厚度遥感反演进展与展望

湖冰是对气候变化十分敏感的冰冻圈水文变量,起到调节区域气候和湖泊生态系统的作用,并作为一种自然资源服务于冰上生产生活。湖冰覆盖和湖冰厚度是研究湖冰过程的关键变量,目前大多数湖冰研究集中在湖冰覆盖领域,湖冰厚度领域由于缺乏实测资料和专门的遥感观测平台还存在诸多空白,大量缺资料地区湖冰厚度仍处于未知状态,亟待方法和数据上的突破与创新。本文综述了近20年国内外湖冰厚度遥感反演领域的进展,介绍了各类反演方法的原理机理及主要优缺点,其中被动微波遥感方法具有良好的时间分辨率但空间分辨率较粗,难以覆盖中小型湖泊;基于SAR影像的主动微波方法空间分辨率较高但物理机制复杂,可靠性有待进一步验证;基于测高雷达的主动微波方法观测时段较长,物理机制明确,易于拓展到无实测资料湖泊,但空间覆盖相对有限;热红外遥感方法时空分辨率较好,但容易受云和湖冰表面积雪的影响,反演精度和可靠性有待提升。在此基础上,本文分析湖冰厚度遥感反演领域面临的主要挑战和发展方向包括：（1）厘清湖冰表面积雪相关的物理过程;（2）实现大范围实测冰厚和遥感资料的集成;（3）实现多源遥感冰厚反演方法的交叉融合。     

太湖水体后向散射特性模拟

为研究太湖水体后向散射系数的光学特性,利用太湖实测数据和半分析方法与光学闭合(Optical Closure)原理,对太湖水体的后向散射系数进行模拟,在此基础上对其光学特性和影响因子进行分析.研究结果表明:由于悬浮物浓度的差异,使得太湖水体后向散射系数具有明显的差异性,后向散射主要由无机悬浮物引起,浮游藻类对后向散射系数的贡献较小;由于悬浮物来源不同,使得悬浮物粒径分布、形状以及组成成分不同,导致太湖水体单位后向散射系数存在一定变化;以550 nm作为参考波段对太湖后向散射系数进行参数化,得出该波段后向散射系数与悬浮物浓度具有很好的线性关系,其指数在1.32~2.8之间变化,平均值为2.09.