中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

太湖地区HJ-1卫星CCD数据反演气溶胶及大气校正

针对HJ-1卫星CCD数据,利用改进的暗像元法反演气溶胶光学厚度(AOD),再利用反演的AOD对其进行大气校正。将反演的气溶胶与地基太阳光度计数据进行对比验证,发现当反演的AOD值大于0.2时,反演值与地基观测值的相关系数为0.964,符合MODIS业务化反演AOD的精度要求。再将反演得到的气溶胶带入6S辐射传输模型中,对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正实验。结果表明,该方法能有效提高HJ-1卫星CCD数据大气校正的精度,更好地复原地物的真实光谱信息。     

多源卫星重力场模型精度与频谱分析

针对新一代卫星重力探测技术对地球重力场的频谱贡献问题,该文提出了一种基于GPS/水准数据获取多源卫星重力场模型频谱变化特征的方法。采用GPS/水准外符合检验,有效分析评估了多源卫星重力场模型在中国东、西部地区的精度水平。研究结果表明,以CHAMP、GRACE和GOCE卫星为代表的高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度技术,对地球重力场的频谱贡献分别集中在600km以上的长波和中长波、300km以上的中波、200~350km之间的中短波部分。     

经验加速度补偿对HY-2A卫星精密定轨的影响

针对HY-2A卫星定轨中存在系统误差的问题,该文提出了加入经验加速度补偿系统误差。为了获得HY-2A卫星的高精度轨道,采用星载DORIS距离变率数据探索了经验加速度对定轨精度的影响。探讨了1d、3d和7d作为经验加速度周期的定轨精度差异,分析了3d作为经验加速度周期时在径向、法向和切向3个方向设置经验加速度对定轨精度的不同影响。研究结果表明:HY-2A卫星在径向和切向不存在系统误差,而在法向存在系统误差,因而在法向设置经验加速度进行力学模型补偿能够取得较好的定轨结果;3d作为经验加速度的补偿周期较为合适,不仅能够减少解算参数个数,缩短计算时间,而且径向定轨精度可达到1.00cm,满足HY-2A卫星精密定轨需求。     

改进支持向量机的高分遥感影像道路提取

针对支持向量机受分类数的限制在高分辨率遥感影像中无法直接获取高精度道路网信息的问题,该文提出一种新的混合的基于支持向量机的方法:首先,利用模糊C均值聚类方法将输入的遥感影像分为3类,以减少支持向量机的错分现象;其次,运用支持向量机将不同类别的像素分为道路类和非道路类;最后,应用马尔科夫随机场对分类结果进行噪声去除,并采用形态学进行后处理,进而得到精确道路网信息。实验结果表明:该算法不仅能够从高分辨率遥感影像中提取出道路网,而且精度优于直接使用支持向量机算法以及对比算法。     

倾斜摄影测量的城市真三维模型构建方法

针对如何基于近年来新推出的倾斜摄影测量技术快速构建城市真三维模型的问题,在研究分析国内基于该技术构建三维模型方法的基础上,提出了利用Street Factory系统,结合少量人工干预快速构建城市真三维模型的方法。采用倾斜影像联合空中三角测量技术,实现了多角度倾斜影像的一体化区域网平差;通过多视影像密集匹配和自动纹理关联,实现了高精度真实三维模型的构建。基于RCD-30倾斜相机获取的西安大雁塔景区倾斜影像,开展城市真三维模型构建试验。结果表明,所提方法构建的城市真三维模型满足相关规范的要求,适合大规模区域城市三维模型快速构建,对测绘生产单位规模化生产具有一定的参考价值。     

Monitoring of water stress in wheat using multispectral indices derived from Landsat-TM

Detection of crop water stress is crucial for efficient irrigation water management. Potential of Satellite data to provide spatial and temporal dynamics of crop growth conditions makes it possible to monitor crop water stress at regional level. This study was conducted in parts of western Uttar Pradesh and Haryana. Multi-temporal Landsat data were used for detecting wheat crop water stress using vegetation indices (VIs), viz. vegetation water stress index (VWSI) and land surface wetness index water stress factor (Ws_LSWI). The estimated water stress from satellite data-based VIs was validated by water stress factor (Ws) derived from flux-tower data. The study observed Ws_LSWI to be better index for water stress detection. The results indicated that Ws_LSWI was superior over other index showing RMSE = 0.12, R² = 0.65, whereas VWSI showed overestimated values with mean RD 4%.     

欧亚大陆东缘存在一个巨型深断裂系统——基于卫星重力的新发现

通过对卫星重力数据的精细处理,发现欧亚大陆东缘存在一个规则分布的重力异常组合,这个异常组合与中国大陆上的已知断裂严格对应。SinoProbe探测计划实施的反射地震探测出这些断裂下方存在Moho破裂,幔源物质上涌,剩余重力异常,莫霍面破裂,高密度的幔源物质上涌和深断裂之间存在密切联系。依照这个联系规律,对已有断裂的延伸补充,显示出欧亚大陆东缘存在一个巨型深断裂系统,主断裂带南起中国广州向北延伸直至鄂霍次克海,绵延逾3000 km。沿主断裂带东侧近似等间距的平行分布着9条北东向断裂,北东向断裂向东入海至大陆边缘。采用数值方法模拟了断裂系统的形成过程,在菲律宾板块和太平洋板块近NW方向构造力的作用下,欧亚大陆东缘产生NNE向走滑断层,其东侧生成彼此平行,间距大体相等的派生断层。断层形成过程中,Moho破裂,大量地幔物质上涌,形成中国东部中生代以来的巨量火山岩浆活动,控制了内生金属矿床的分布。这个断裂系统近代还在活动,导致了郯城8.5级大地震和长白山的火山喷发。     

Trends in Extreme Mean Sea Level Quantiles from Satellite Altimetry

Satellite altimetry allows the study of sea-level long-term variability on a global and spatially uniform basis. Here quantile regression is applied to derive robust median regression trends of mean sea level as well as trends in extreme quantiles from radar altimetry time series. In contrast with ordinary least squares regression, which only provides an estimate on the rate of change of the mean of data distribution, quantile regression allows the estimation of trends at different quantiles of the data distribution, yielding a more complete picture of long-term variability. Trends derived from basin-wide averaged regional mean sea level time series are robust and similar for all quantiles, indicating that all parts of the data distribution are changing at the same rate. In contrast, trends are not robust and diverge across quantiles in the case of local time series. Trends are under- (over-)estimated in the western (eastern) equatorial Pacific. Furthermore, trends in the lowermost quantile (0.05) are larger than the median trend in the western Pacific, while trends in the uppermost quantile (0.95) are lower than the median trend in the eastern Pacific. These differences in trends in extreme mean sea level quantiles are explained by the exceptional effect of the strong 1997–1998 El Niño–Southern Oscillation (ENSO) event.     

中国北方沿海典型澙湖—山东月湖水深遥感反演

澙湖是中国北方重要的滨海生态系统之一,水深较浅、透明度较低、底质类型复杂、人类干扰频繁等特点导致澙湖水深资料长期缺乏或存在较大误差,极大地制约了澙湖生态系统的研究和保护。本研究在现场实测水深的基础上,使用IKONOS高分辨率卫星影像,将山东荣成月湖水域划分为浅水区、植被区和深水区三类分别进行水深反演。研究表明红光波段(Band3)对水深的敏感性最高,分区建立线性回归模型反演水深的精度高于不分区的精度,多波段组合模型的反演精度最高,植被对水深反演的精度影响较大。反演结果表明,月湖水深最深处达271.23cm,水深反演的平均相对误差为13.16%。