基于光学数据的月壤介电常数的反演

摘要：月球元素含量的反演有利于了解月球物质成分的分布从而对月球矿产资源开发利用提供重要依据,对于月球科学的研究具有重要意义。本文利用LSCC数据和Clementine光学数据在全月球的角度上对月壤中FeO和TiO_2的含量进行反演,并基于回归分析建立介电常数和FeO和TiO_2含量总和的耦合关系,进而对介电常数进行反演,并与实测点的数据进行比较,验证了利用光学数据反演月壤元素含量以及通过回归分析反演介电常数的可行性,为月表反演的研究提供了新的思路。     

嫦娥五号样品——月球遥感定量反演的新地面真值

嫦娥五号任务从月球风暴洋东北部成功返回了1731 g月壤样品.最新返回的月壤有望为月球遥感数据定量反演提供新的地面真值(Ground Truth).本研究中首先利用遥感数据获取了着陆单元的矿物组成和化学成分(FeO,TiO₂, Th),并与嫦娥五号月壤样品实验室分析结果进行对比.二者之间的差异(特别是橄榄石含量)反映了目前利用遥感数据反演元素和矿物含量的方法仍存在提升空间.本研究通过系统地对比分析发现:(1)嫦娥五号月壤具有高铁、中钛、富钍的化学特征,显著区别于已有阿波罗月壤,可为月球遥感研究提供全新的地面真值;(2)嫦娥五号月壤代表了一类发育成熟的年轻月海月壤,外来溅射物占比较小,能够反映着陆区玄武岩的成分特征;(3)嫦娥五号月壤粒径较小,符合Lunar Soil Characterization Consortium (LSCC)提供地面真值的样品标准(<45μm).此外,嫦娥五号着陆区也具有独特性:(1)位于月球正面西部的中纬度地区,不同于美苏样品返回任务所着陆的低纬度区域;(2)位于月球晚期玄武岩单元,区别于已有的光谱定标区.因此,以嫦娥五号月壤实测...     

月球表面多通道辐射亮度温度的模拟与月壤厚度的反演

为模拟月球表面辐射亮度温度，由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系，构造了全月球表面月壤厚度的分布. 根据月球表面现有的观测数据，给出月球表面温度随纬度的变化. 这样，由起伏逸散定理，模拟计算了一平行分层月壤多通道微波辐射亮度温度的月球表面分布，为现有的多通道微波辐射技术探月提供一个范例. 以此辐射亮度温度模拟分布为理论观测值，推导了用三个通道辐射亮度温度反演月壤厚度，并分析了反演误差随月壤介电特性、TiO₂+FeO含量等参数可能的变化.     

月球表面物质介电常数:嫦娥五号月球样品的新启示

月表物质的介电常数决定了电磁波在月球次表层的穿透深度,对月球雷达、微波辐射计、月表电磁实验等科学载荷的设计与数据解译至关重要,有助于定量反演次表层结构与物理性质.对月球物质介电常数的了解,目前主要基于主被动微波遥感数据反演和对Apollo, Luna月球样品的实验测量. 2020年12月,我国嫦娥五号探测器从月球正面风暴洋北部成功采集并返回1.731 kg月球样品,为研究月壤介电常数提供了新的样品.本文首先介绍了物质介电常数基础、介质电极化机制、介电常数混合模型和测量方法,接着对月球表面物质介电常数的研究历史与现状进行了系统性梳理与总结,并给出了整个月球表面月壤介电常数的分布图.最后,介绍了我国嫦娥五号着陆区地质背景与月壤特性的最新研究结果,对嫦娥五号月球样品介电常数实验测量给出了建议,并对其潜在科学产出进行了评估.本文对月壤介电常数的梳理与认识,可以为我国后续探月工程中微波遥感载荷设计、雷达数据解译、采样点选取和样品分析等提供理论指导与支撑.     

嫦娥二号γ谱数据反演月表Fe元素分布

Fe作为重要的成岩元素之一,其月表含量和分布特征对于认识月球岩石成因和岩浆演化具有重要指示意义.本文由嫦娥二号γ谱仪2C级数据出发,经过谱线筛选、宇宙线校正、能谱累积与本底处理后提取Fe峰计数率.我们借助月球勘探者号的热中子数据进行中子校正,之后结合月球样品、陨石与嫦娥三号的就位探测数据标定Fe元素丰度.嫦娥二号γ谱仪全月Fe分布图中月海玄武岩区域与Fe元素富集区域吻合,其中风暴洋和雨海中部为Fe含量高值区域(Fe O23 wt.%),南极艾肯盆地内也出现Fe的相对富集,而月陆区域Fe含量较低(Fe O8 wt.%).与月球勘探者号g谱仪的探测结果相比,嫦娥二号γ谱仪解算的Fe元素丰度(Fe O)平均偏低0.7 wt.%.     

基于嫦娥一号卫星微波辐射计数据的月球Cabeus撞击坑水冰含量研究

月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题,是当前月球科学研究的重要目标之一.2009年10月9日,美国半人马座火箭和卫星相继撞击月球南极Cabeus撞击坑,证实了月球极地水冰的存在,但对其含量、分布范围等的研究还有争议.极地水冰的存在会改变极地月壤的介电常数,而微波辐射计是获取介质介电常数的最有效的工具.因此,根据37GHz频率条件下的月壤被动微波辐射传输数值模拟结果,改进月壤辐射传输模型.对比分析了Odelevsky模型、Wagner和Landau-Lifshitz模型、Clausius模型等8个常用的混合介电常数计算模型,表明Lichtenecker模型与改进的Dobson模型得到的介电常数值相差最大,折射模型得到的结果偏大,Odelevsky模型、强起伏定理与Wagner和Landau-Lifshitz模型、Clausius模型、Bruggeman-Hanai模型得到的结果非常接近.基于Odelevsky模型和改进的月壤辐射传输模拟,建立了月壤体积含冰量与微波辐射亮温的关系.并根据嫦娥一号卫星获取的相应的微波辐射计数据,进行了Cabeus撞击坑水冰含量反演研究.结果表明,改进的辐射传输模型适用于高频条件下的一层月壤辐射传输模拟;月球南极Cabeus撞击坑地区月壤微波辐射亮温为69.93K（37GHz）,相应的体积含冰量约为2.8%.     

基于光学遥感数据虹湾地区铁钛含量反演研究

月球表面的铁钛含量分布对月球的起源与演化研究以及月球资源的开发利用都具有重要意义.不同遥感数据获得的铁钛含量常不相同,有必要利用多种遥感数据获得月表铁钛含量,并对反演结果进行对比分析.本文利用Chandrayaan-1搭载的Moon Mineralogy Mapper（M3）两个光学周期（OP1B和OP2C）数据以及＂嫦娥一号＂搭载的干涉成像光谱仪（IIM）两套定标数据（pc1和pc2）反演虹湾地区铁钛含量.结果表明OP1B和OP2C数据反演该地区铁峰值分别为17.80wt%和17.60wt%,高于pc1的15.80wt%及pc2的14.00wt%,铁均值分别为16.91wt%和16.79wt%,高于pc1的14.11wt%及pc2的13.46wt%.OP2C数据获得虹湾地区0wt%-4wt%钛丰度百分含量最高,达74.56%,高于pc1的54.66%及pc2的62.46%,OP1B数据得到的0wt%-4wt%钛丰度百分含量最低,为37.55%.OP1B和OP2C数据反演虹湾地区钛均值分别为5.35wt%和3.16wt%,pc1和pc2数据反演该地区钛均值分别为4.25wt%和3.65wt%.极低钛和低钛玄武岩占虹湾地区玄武岩的比例约为50%和40%,主要分布于雨海纪月海物质（Im1,Im2）地层单元内;高钛玄武岩所占比例约为10%,主要分布于爱拉托逊纪月海物质（EIm）地层单元内.总体来看,遥感数据获得的玄武岩钛含量呈单峰分布,低钛玄武岩占优,与样品钛含量的双峰分布不同.虹湾地区玄武岩铁钛含量,随其年龄越来越年轻,有增加的趋势.pc2数据光度校正效果最好,pc1数据光度校正精度较低,M^3不同光学周期反射率差别较大,光度校正有待改进.     

嫦娥1号卫星微波探月技术机理和应用研究

微波探测仪是嫦娥1号卫星有效载荷之一,主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温,进而反演月壤厚度的信息并对月球的3He资源量和分布进行评估。这是国际上第一次利用被动微波遥感探测器在月球轨道直接测量月表亮温信息。因此,对月壤辐射传输模型的研究是及其必要的。文章分析了月球微波探测的机理和存在的问题,并给出了初步解决途径。     

基于高分3号和高分2号叶面积指数反演与分析

针对光学数据反演叶面积指数(LAI)容易受到云雾遮挡和光学遥感信息饱和的问题,根据雷达散射机制和Yamaguchi分解,提出了极化分解植被指数,利用光学植被指数和极分解植被指数融合形成光学与微波极化分解融合植被指数;利用光学与微波极化分解融合植被指数与实测数据建立回归模型反演叶面积指数,并对该模型精度评价.实验表明:光学与微波极化分解融合植被指数与实测数据建立回归模型反演叶面积指数的精度要优于极化分解植被指数和光学植被指数与实测数据建立的回归模型,其中MRVI与LAI建立回归模型是最优的,R~2达到0.7262,RMSE到达0.3548.综上所述,光学与微波极化分解融合植被指数不仅充分利用雷达能够穿透浓密植物的特性,而且融合光学数据对叶面积指数的反演敏感性,更能准确的反演叶面积指数.     

扬花期冬小麦冠层叶绿素含量高光谱遥感反演

通过分析扬花期冬小麦冠层光谱反射率与叶绿素含量的相关性,选取491、577、698和780 nm作为特征波段,利用其构建了归一化植被指数、差值植被指数、比值植被指数、三角形植被指数和增强型植被指数,分析光谱指数与叶绿素含量之间的相关性,并基于PROSPECT模型模拟的不同叶绿素含量(5～80μg·cm~(-2))下的5 nm叶片光谱反射率数据,分析评价光谱指数对叶绿素含量变化的敏感性;再将五种光谱指数与叶绿素含量进行回归分析,构建叶绿素含量反演模型;最后利用验证数据对光谱指数反演模型进行真实性检验.结果表明,选取的五种光谱指数与叶绿素含量均具有显著相关性,其中SRI和EVI反演效果较好,决定系数R2分别为0.73和0.74,且预测值和实测值具有较好的拟合效果,其余指数反演效果较差.SRI对叶绿素含量具有较好的相关性和敏感性,表明其在全生育期冬小麦叶绿素含量反演中更具潜力.本研究可为其他农作物叶绿素含量反演提供研究思路和参考借鉴.     

基于嫦娥五号月球矿物光谱仪数据的采样区矿物光谱识别与丰度反演

月壤的矿物组分对于探究月球成因和演化历史具有重要意义,嫦娥五号搭载的月球矿物光谱分析仪LMS为解译月壤的矿物组分提供了宝贵数据.本文采用基于多粒径矿物端元光谱库的稀疏光谱分解方法对嫦娥五号LMS获得的11组就位光谱数据进行分析,结果表明采样区的组成矿物和平均丰度为:胶结物和玻璃49.36%、辉石14.08%、斜长石18.58%、钛铁矿16.11%和橄榄石1.86%,其中79.83%矿物粒径小于75μm,估算月壤和岩石的平均水含量为67 ppm.     

北京地区夏季气溶胶光学厚度反演

基于6S模型对比分析了3种大气气溶胶模式在北京地区夏季气溶胶光学厚度反演中的适用性.首先下载Terra-MODIS L1B夏季空间分辨率为1,km的数据,基于城市型、大陆型、海洋型3种标准大气气溶胶模式生成了3套查找表,利用暗像元法,反演得到了北京地区夏季大气气溶胶光学厚度.然后利用AERONET提供的实测陆地气溶胶光学厚度对反演结果进行精度验证.结果表明:海洋型和大陆型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据相关性较高,相关系数分别为0.806,6和0.766,4;而城市型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据存在明显差异,相关系数仅为0.482,5;将晴天和雾霾天气反演结果与地基数据进行对比,可以看出在天气晴朗时北京地区采用海洋型气溶胶模式反演气溶胶光学厚度更为准确.     

基于HJ1B-CCD1的太湖叶绿素a含量反演

波段比值法作为比较成熟的基于生物光学对叶绿素a含量反演的经验模型,目前较多运用于对二类水体富营养化叶绿素a含量反演.本文分别对环境小卫星数据B3和B4波段作为建立模型的波段组合建立线性回归、指数、对数、多项式、幂等五种回归模型.通过R~2系数对比,发现多项式模型拟合效果最佳.经验证点对比分析,发现此模型对太湖湖区的叶绿素a含量能够进行较好的反演.     

静电纺丝法制备Fe_2O_3/TiO_2复合纳米纤维及光催化性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮、钛酸正丁酯和氯化铁为前驱体,利用静电纺丝法制备了Fe2O3/Ti O2复合纳米纤维.采用SEM,XRD,FT-IR和UV-Vis DRS等测试手段对纤维的形貌和结构进行了表征.通过对罗丹明B染料的光催化降解实验,探讨了煅烧温度和Fe2O3的含量对光催化性能的影响.结果表明:Fe2O3/Ti O2复合纳米纤维中Fe3+进入到Ti O2的晶格,从而改变了Ti O2的光谱响应范围.煅烧温度为600℃,0.5%(质量分数)Fe2O3含量的Fe2O3/Ti O2复合纳米纤维,在可见光范围具有良好的光催化活性.     

添加剂对SrTiO3系高压介质介电性能的影响

研究了添加剂对 Sr Ti O3系高压介质介电性能的影响规律 ,并对各种添加剂的作用机理进行了解释。结果表明 Mn O2 的加入能降低介质的介质损耗 ,Dy2 O3的加入能提高介质的介电常数 ,Ca Ti O3、Mg Ti O3、Ni O的加入能降低该材料介电常数的温度变化率。     

月球探测的进展与我国月球探测的科学目标

在简述月球探测的历程与趋势的基础上,强调当代月球探测的总体目标为：(1)研究月球与地月系的起源和演化,特别是月球大气层与磁场的消失,矿物与岩石的分布和形成环境、月壤和内部层圈结构的形成以及月球演化的历程;(2)探测月球的资源、能源和特殊环境的开发利用及对人类社会长期可持续发展的支撑。我国不载人月球探测划分为绕、落及回三个阶段。为了全球性、整体性重新认识月球,绕月卫星探测的科学目标为获取全月面三维影像,探测14种有用元素的全球分布与丰度,探测月壤厚度并估算^3He资源量以及太阳活动对空间环境的影响。“落”为月球探测器软着陆就位探测和月球车巡视探测,建立月基光学、低频射电和极紫外天文观测平台。“回”为月球探测器软着陆就位探测和取样返回地面。     

虹湾地区月球卫星遥感地质解析制图

月球卫星遥感的目标就是利用地质概念研究月球表面特性、深部结构和演化历史.以月球正面雨海虹湾地区为例,利用Clementine UV/VIS数据提取TiO2和FeO的含量图.基于SELENE TC图像,完成虹湾地区撞击坑和地层单元的解译,并由此利用撞击坑直径-频率统计方法获取虹湾地区不同地层单元的形成年龄.SELENE的重力场模型（SGM90d）揭示虹湾与雨海的重力特征差异,表现为独立的地质单元.嫦娥一号微波辐射计数据反演的月壤厚度与SELENE的数字地形模型在空间分布上有对应关系.综合这些多源遥感信息,表明虹湾与雨海无论深部结构还是表面沉积作用都表现为独立地质单元;虹湾形成后,经历了多期次沉降活动、沉积作用和撞击作用,表现为目前探测的状态.虹湾地区遥感地质解析结果将为未来潜在登月点选择或采样等提供科学依据.     

内蒙古卫境岩体查干哈达地段碱交代蚀变岩特征与铀成矿作用研究

卫境岩体位于中亚造山带东南部,紧邻华北板块北缘。通过对查干哈达地段的岩石样品进行系统的岩相学分析、电子探针分析、全岩主量元素分析,表明查干哈达地段的铀矿化为典型的碱交代型。钻孔中花岗岩蚀变整体以碱性蚀变为主;矿化的花岗岩中钾长石含量明显减少,钠长石化明显,并伴有绿泥石化及赤铁矿化。主量元素显示新鲜花岗岩的Al_2O_3,Fe O*,CaO,TiO_2含量与SiO_2含量有较明显的负相关性;矿化花岗岩呈现出明显的富Na_2O,CaO,P_2O_5,贫SiO_2,K_2O等特征,K_2O被Na_2O完全交代,SiO_2含量大量减少。深部钻孔铀矿化严格受碱交代体控制,这一特征可作为今后本区的寻找碱交代型铀矿化的重要标志。     

基于Landsat8影像反演洪湖叶绿素a浓度

利用已有水质采样数据和相应的Landsat8影像数据,以洪湖为例,对洪湖叶绿素a(Chl-a)浓度进行反演研究,建立线性反演模型和支持向量回归机反演模型,为快速获取洪湖水体叶绿素a浓度提供新的技术方案.结果表明支持向量回归机反演模型在样本数较少的情况下也能得到较高的反演精度,并且具有结构风险较小的优点,拟合函数的判定系数达0.918,能有效评估湖泊水质,为洪湖水环境监测保护提供有力支持.     

液料等离子热喷法制备Fe3+/TiO2纳米粉末与表征

以钛酸丁酯乙醇溶液为原料,以FeCl3·6H2O为掺杂成分,采用液料等离子喷涂法制备了Fe3 掺杂TiO2纳米粉末,并利用红外分光光度计(IR)及X射线光电子能谱仪(XPS)对Fe3 掺杂TiO2纳米粉末的结构和元素的化合价及表面化学态进行了测试,以光催化降解甲基橙测试其光催化活性.结果表明,Fe3 掺杂TiO2纳米粉末中,Fe元素仍为 3价,而Ti元素均为 4价;随着Fe3 掺杂含量的增大,TiO2红外光谱Ti-O吸收峰明显地窄化,O1s区XPS高分辨谱中羟基自由基所占比例逐渐增大,而吸附水所占比例逐渐减小;随着Fe3 量的增加,甲基橙降解率呈先增大后减小的趋势,Fe3 最佳掺杂量为0.5%,甲基橙降解率在60min可达81%,比纯TiO2粉末高出80%.