红外高光谱资料近地面通道应用

由于下垫面的复杂性,卫星近地面通道的辐射率资料没有得到充分开发和利用。就我国自主研发的GRAPES 3DVar而言,红外高光谱近地面通道资料还没有应用于陆地,即使在下垫面相对简单的海洋,由于背景场海表温度估计不够准确,红外高光谱资料的使用效果也不甚理想。针对GRAPES模式的背景场海表温度估计不够准确这一问题,本文利用大气红外探测仪器AIRS(The Atmospheric Infrared Sounder)辐射率观测资料通过一维变分（1DVar）方法对其晴空视场点内的背景场海表温度进行调整,再运用GRAPES全球分析预报系统进行同化分析,研究了海表温度调整后对分析场的影响。结果表明,利用一维变分调整后的海表温度不仅使得低层通道的模拟亮温与观测亮温更加匹配,而且有效地改进了分析场,对位势高度场高、中、低层均有不错的改进,对低层湿度场以及风场的改进也较为明显。     

陆面温度反演算法——劈窗算法的敏感度分析

首先给出ＣＯ２ 倍增下遥感光合作物产量的概念模型,之后分析未受ＣＯ２ 倍增的遥感光合作物产量估测模型;在考虑ＣＯ２ 倍增对作物产量的影响后,对影响干物质累积的作物光合速率的模型进行修正,进而修正遥感光合作物产量估测模型。建立ＣＯ２ 倍增下作物产量响应模型,求取各参数,并在ＣＯ２ 倍增下对我国华北地区冬小麦产量响应进行填图,表明模型的估测结果有良好的可比性。     

Consistency of precipitation products over the Arabian Peninsula and interactions with soil moisture and water storage

The regional-scale consistency between four precipitation products from the GPCC, TRMM, WM, and CMORPH datasets over the Arabian Peninsula was assessed. Their macroscale relationships were inter-compared with soil moisture and total water storage (TWS) estimates from AMSR-E and GRACE. The consistency analysis was studied with multivariate statistical hypothesis testing and Pearson correlation metrics for the period from January 2000 to December 2010. The products and GRACE estimates were assessed over a representative sub-domain (United Arab Emirates) with available in situ well observations. Next, geographically temporally weighted regression (GTWR) was employed to examine the interdependencies among the peninsula’s hydrological components. The results showed GPCC-TRMM recording the highest correlation (0.85) with insignificant mean differences over more than 90% of the peninsula. The highest GTWR predictive performance of TWS (R² = 0.84) was achieved with TRMM forcing, which indicates its potential to monitor changes in TWS over the arid peninsular region.     

中巴地球资源卫星数据反演地表温度产品设计

利用CBERS IRMSS/IRS传感器红外通道数据,基于MODTRAN4和查找表算法,根据地表数字高程和全球/区域一体化数值预报模式,建立相应高度和气象条件下温度反演配套系数,利用CBERS可见/近红外通道和地表比辐射率数据库最终生成地表温度/地表发射率产品。最后介绍了温度产品的验证工作,并对温度反演中存在的参数敏感性和不确定性问题进行了分析。     

利用不同地表比辐射率对ETM＋数据地表温度反演对比研究

地表温度作为研究环境生态影响的一个重要指标之一,以Landsat ETM+的热红外波段作为数据源,辅助大气透过率、大气平均气温等参数,利用单窗算法基于混合像元、NDVI、植被和裸露地三种不同地表比辐射率反演泉州市地表温度,对比分析结果表明采用这三种地表比辐射率反演地表温度的方法均是可行的,对于具体采用哪一种地表比辐射率应需要结合实际的研究区域地表地物的实际监测地表温度进行对比后,方可选择合适的地表比辐射率进行地表温度反演,会更具实际意义。反演结果可为城市热岛效应等研究提供支持数据源。     

SSM/I资料反演大范围地表湿度试验

利用SSM/ I遥感数据, 结合2002年汛期“973”外场观测资料及T106资料, 借助微波辐射传输正演模型, 通过物理反演原理提取SSM/ I低频19 GHz通道像元平均地表微波比辐射率, 然后利用地表微波辐射模型, 估算SSM/ I像元的地表湿度信息。以2002年8月中旬发生在长江流域的暴雨天气过程为例, 将反演得到的地表湿度信息与地面观测到的降水信息进行对比分析, 并与地面的洪涝特征进行对比分析, 得到了与地面降水观测结果较为一致的对比结果。     

沙漠下垫面地面温度及能量收支的BATS模式参数化改进

利用陆面过程模式BATS,引入地表发射率及两种大气发射率参数化方案,同时引入不同的地表粗糙度参数化方案,对比各种参数化方案对沙漠下垫面地面温度及能量收支的模拟状况。结果表明：采用Van Bavel等发展的地表发射率及Chung等发展的大气发射率方案可以明显改进地面温度及向上长波辐射的模拟,Chung等方案在夜间与正午的模拟效果更好,减小了1 ℃左右的地面温度模拟偏差,减小了10 W·m^-2左右的向上长波辐射模拟偏差。晴天地面温度及向上长波辐射的模拟结果优于阴天。利用Zhang等发展的裸土粗糙度参数化方案也会提高模式对地表感热通量模拟的准确性。     

中国比辐射率空间分布特征分析

使用2003-2013年MOD/MYD11C3地表比辐射率光谱数据、MOD/MYD13C2植被指数光谱数据,合成全国各月地表比辐射率、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)。基于DEM数据分析比辐射率与NDVI随海拔、坡向的变化规律。结果表明:(1)比辐射率低值段(0.960~0.970)主要分布在我国西北荒漠地区,面积比例全年变化不显著,代表了干燥裸土下低比辐射率的特征;中值段(0.970~0.975)分布于我国大部分植被覆盖地区,面积比例夏高冬低,代表植被覆盖下混合像元的中比辐射率特征;高值段(0.975~0.980)位于我国部分高海拔和高纬度地区,面积比例冬高夏低,代表冰雪与植被混合像元的高比辐射率特征。(2)比辐射率与NDVI随坡向变化呈明显的"双峰双谷"分布。东南坡、西坡为峰值,最大值位于东南坡;南坡、北坡为谷值,最小值位于北坡。两者变化一致性很高。受不同坡向太阳方位角下的地形敏感性与植被覆盖综合影响,比辐射率表现出随坡向的峰谷变化规律。(3)随海拔升高,比辐射率呈垂直地带性变化。存在3个下降区:250 m~1250 m、2500 m~3000 m和4750 m~6000 m;3个上升区:1250 m~2500 m、3000 m~4750 m和6000 m~6500 m。这与NDVI随海拔变化特征类似,反映垂直下垫面植被变化对比辐射率空间分布的影响。     

利用时空信息的单波段地表温度遥感反演

地表温度被认为是影响生态系统的关键因子之一,它与许多地表过程有关。目前,热红外卫星遥感技术是获取有关区域和全球尺度地表温度信息的一个有效、可行的手段。针对不同卫星上搭载的热红外传感器,许多学者开展了大量的研究,其中针对单波段热红外的特点(如Landsat TM/ETM+,CBERS和HJ-1B)提出了单通道(或单窗)算法。该类算法需要准确的地表比辐射率和大气参数(如大气水分含量)。这些参数在现实中又很难轻易获得,从而在一定程度上限制了现有算法的应用。针对HJ-1B高回访频率的特点,本文提出了利用多时相影像的时空信息来直接反演地表温度的Multi-Temporal and Spatial Information-Based Single Channel(MTSC),以解决现有算法对地表比辐射率和大气参数的过度依赖性。实例分析结果显示,基于MTSC法由HJ-1B反演得到的地表温度结果与MODIS地表(陆表和海表)温度产品具有很好的空间一致性;HJ-1B的陆表温度结果总体上被高估了约1 K,而海表温度结果总体上被高估了0.5 K;同时,MTSC法得到的HJ-1B地表温度结果具有更好的细节和空间完整性。最后,通过分析和讨论指出了一些可能的完善途径,如相似像元的确定、修改优化求解中的目标函数、参数的自适应初始化等,以便提高MTSC法的反演精度和实用性。     

水汽吸收和下垫面发射率对晴空大气红外窗区遥感影响的综合分析

从数学上探讨了晴空大气红外窗区通道遥感陆面特性水汽吸收和陆面发射率的综合影响。首先,基于辐射传输方程推导出大气水汽含量和陆面发射率(ε)引起红外窗区通道遥感陆面亮温(Tg)变化的数学表达式,指出红外辐射在传输过程中水汽吸收衰减的影响主要是引起大气透过率的变化;分析了在高温高湿和低温干燥等不同地区,红外窗区通道的大气透过率所受到的不同程度的衰减,以及水汽吸收衰减和陆面发射率对不同的红外窗区通道的影响。此外,还建立了一个红外窗区通道遥感陆面温度与地面亮温差ΔT=(Ts-Tg,imax)与水汽含量变化Δq和陆面发射率ε的二元多项式拟合方程,进一步分析大气水汽含量和陆面发射率对不同的红外窗区通道遥感的影响;指出红外短波窗区通道不但受太阳辐射污染严重,而且受陆面发射率变化的影响激烈,特别是在寒冷干燥的亚北极冬季。最后强调,为了精确地反演陆面温度,最好采用热红外窗区通道;必须考虑大气订正,特别是在高温高湿区;同时应该考虑陆面发射率等因子的作用。