几种典型地表类型反照率时序变化特征及其参数化研究

地表反照率对地表能量平衡、气候模式和全球变化研究具有重要的作用.受季节和下垫面影响,地表反照率呈现一定的时序变化特征,刻画这种变化特征可以为地表反照率估算提供背景信息,有利于提高反照率反演精度.目前已有许多研究致力于分析地表反照率时序变化特征和影响因素,但分析仅限于某一特定区域的一种或几种地表类型,同时对反照率与叶面积指数(leaf area index,LAI)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等影响因子的相关性还缺少参数化研究.本文使用美国通量观测网络AmeriFlux观测数据资料,利用该网络站点分布范围广、地表类型丰富的特点,选取其中代表性较强的站点观测数据,分析了落叶阔叶林、常绿针叶林、草地、农田4种典型植被类型地表反照率的时序变化特征.发现各植被地表类型反照率呈现"U"形年内变化特征,在植被生长季,落叶阔叶林、农田、草地3种地表类型反照率均先减小再增大后减小,而常绿针叶林地表反照率变化不明显.利用统计方法分别建立了地表反照率与LAI和NDVI的参数化模型,结果显示:2种估算地表反照率的参数化模型均能较好反映植被生长过程中地表反照率的变化特征,与地面实测数据相比,计算得到的地表反照率具有较高的精度;2种参数化模型估算得到的反照率一致性好,相关系数为0.721 9.该参数化方案可为地表反照率的进一步估算提供背景参考模型.     

祁连山区域地表反照率遥感估算

卫星遥感在研究地表反照率时有其独到的优势,本研究利用Landsat-5遥感影像,结合除热红外波段以外的6个波段进行祁连山区地表反照率的估算,其估算结果与前人的结果基本一致,可以满足研究区域对地表反照率的要求。     

基于辐射模拟反演ETM+数据宽波段反照率

利用增强的专题制图仪 (Enhanced Thematic Mapper Plus, ETM )数据,先针对各种下垫面反射率特征不同,对地物类型进行分类,以便减少邻近效应和模拟传感器未包含的谱段数据.借助卫星同步观测的气象数据,通过6S(Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum)模型对ETM 可见光、近红外6个波段数据进行了大气纠正.以ETM 可见光和近红外波段波谱范围为单位谱段,将整个短波波段(0.3～4μm)分为13个光谱域,利用ASTER光谱数据库和实测地表反射率数据,6S模拟获取各ETM 观测波段和未观测波段地表入射光通量密度和反射光通量密度,计算每一个光谱域入射能量占整个短波入射能量中的权重,并反演地表窄波段反照率.然后,各波段能量权重作为转换参数,实现窄波段反照率向宽波段反照率的转换.结果表明,模型反演和卫星同步观测的实测地表反照率之间最大相对误差17.9%,作者提出的方法可行.     

基于辐射模拟反演ETM 数据宽波段反照率

利用增强的专题制图仪 (Enhanced Thematic Mapper Plus,ETM )数据,先针对各种下垫面反射率特征不同,对地物类型进行分类,以便减少邻近效应和模拟传感器未包含的谱段数据。借助卫星同步观测的气象数据,通过6S(Second Simulation of Satellite Signal inthe Solar Spectrum)模型对ETM 可见光、近红外6个波段数据进行了大气纠正。以ETM 可见光和近红外波段波谱范围为单位谱段,将整个短波波段(0·3~4μm)分为13个光谱域,利用ASTER光谱数据库和实测地表反射率数据,6S模拟获取各ETM 观测波段和未观测波段地表入射光通量密度和反射光通量密度,计算每一个光谱域入射能量占整个短波入射能量中的权重,并反演地表窄波段反照率。然后,各波段能量权重作为转换参数,实现窄波段反照率向宽波段反照率的转换。结果表明,模型反演和卫星同步观测的实测地表反照率之间最大相对误差17·9%,作者提出的方法可行。     

利用遥感数据反演长江三角洲瞬时地表反照率的研究

利用极轨气象卫星遥感影像处理软件挑选出无云的长江三角洲地区的NOAA-AVHRR影像数据,对该数据应用Liang（2000）算法进行瞬时地表反照率的反演,从中提取出不同下垫面的反照率,并与已有的研究结果进行对比.结果显示,各主要下垫面的卫星反演结果基本在地面观测和已有的结果范围之内,反演精度比较高,可为如何利用热红外遥感数据有效进行区域性或全球性的大范围地表反照率的反演提供科学依据.     

天空散射光对地物反照率反演的影响分析

为了精确计算地物光谱反照率,通过对地气系统辐射传输模型的建立与分析,推导出了天空散射光的计算方法,给出了地物光谱反照率的理论计算公式.选用9种不同地物覆盖的POLDER二向性反射分布函数(BRDF)数据,分别计算了地物的方向-半球反照率(DHR)和双半球反照率(BHR),利用6S辐射传输模型按推导的公式计算天空散射光比例因子,并对这2种反照率进行耦合计算得到了地物光谱反照率.根据443,565,670,763和865nm这5个通道的9种地物光谱反照率的反演结果,各向同性天空光的假设造成的平均误差分别为0.296%,0.221%,0.157%,0.120%和0.103%.在实际应用中,建议使用理论推导公式作为地物光谱反照率的计算方法.     

由遥感数据获取的地表反照率归一化问题探讨

以洛河流域为研究区域,以反照率为研究对象,根据同时相的ETM 与MODIS数据探讨了地表参数的一致性问题.在对ETM 影像进行地形与大气校正的基础上,利用窄波段反射率组合方法获取了研究区的地表反照率,通过ETM 反演的反照率与MODIS二向反射函数(BRDF)反演的反照率产品的对比分析得出了两者间的关系.     

1982－1998年中国不同地区地表反照率变化原因初探

本文使用1982－1998年NOAA/AVHRR数据与同期的温度和降水资料,分析了地表反照率的变化与温度和降水之间的相互关系.研究结果表明,中国区域年均地表反照率的空间分布与变化趋势有明显的地域差异;不同地区地表反照率与温度和降水均有较好的相关性,东北森林地区地表反照率与同期气温和降水的相关性最好,相关系数分别为0.7...     

用零维能量平衡气候模型分析大气气溶胶的气候效应

将大气短波吸收系数的增加量假设为晴空大气反照率的增加量的线性函数,综合考虑云对能量传输的调节及其与地气系统之间复杂的非线性相互作用,利用零维能量平衡模型分析了气溶胶的气候效应。分析计算结果发现,大气气溶胶含量增加可能引发的气候变化主要是：(1) 大气温度升高,地表感热输送和蒸发潜热减少,这会引起全球干旱; (2) 气溶胶使地面升温还是降温,主要依赖于大气对太阳辐射的吸收能力和晴空大气的反照率,地表反照率反馈机制使气溶胶的气候效应得到加强。     

高频下关于玉米前向散射系数的研究

在植被层的微波散射和衰减过程中,研究玉米作物在高频率下的前向散射系数α.利用改进的积分方程模型、物理光学近似理论来计算单散射体的散射和衰减矩阵,并利用双矩阵算法,计算植被层内部以及植被跟地表之间的多次散射效应.同时在零阶模型的基础上,引入有效单散射反照率R有效,准确得到了C(6.925GHz)、X(10.65GHz)波段下植被散射体的性质以及对微波散射的影响.通过δ函数近似找出单散射反照率R和R有效之间的关系,即前向散射系数.     

Algorithm for retrieving surface pressure from hyper-spectral measurements in oxygen A-band

An algorithm for retrieving the surface pressure from oxygen A-band measurements in the future Chinese CO2 satellite （CarbonSpec/TanSat） was developed. The full physical radiative transfer model, vector radiative transfer model based on successive order of scattering, which is based on the successive order of scattering approach, was used to simulate the measurements of CarbonSpec/TanSat, as well as the kernel matrix in the inversion algorithm, and then the surface pressure and other related atmospheric parameters such as aerosol optical depth （AOD）, surface albedo, and temperature were derived through optimal estimation theory. Sensitivities of the algorithm to surface albedo, solar zenith angle （SZA）, viewing zenith angle （VZA）, aerosol type, and AOD were investigated, and the results showed that the absolute error of retrieved surface pressure increases with decreasing surface albedo or increasing SZA and VZA. An accuracy of 〈4 hPa over bright surfaces （surface albedo 〉0.15） could be derived for various SZAs and viewing geometries. Moreover, the algorithm can simultaneously retrieve the surface albedo, AOD, and its vertical distribution indicated by scale height.     

江汉平原水稻长势遥感监测及估产模型

以江汉平原监利县为例，探讨利用极轨气象卫星资料（ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ）监测水稻长势以及建立水稻估产模型，通过对样点资料的分析表明：（１）利用水稻垂直植被指数（ＰＶＩ）能推算水稻叶面积指数，并有利地从混合象元中提取其它水稻信息；（２）水稻叶面积指数阴有效积温呈规律性变化，将ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ民有效积温结合可以大范围监测水稻长势；（３）水稻叶面积时间累积量是反映水稻产量形成过程的有效指数，用它预报水     

Three-year changes of surface albedo of degraded grassland and cropland surfaces in a semiarid area

Diurnal, seasonal and interannual variations of surface albedo of degraded grassland and cropland surfaces at a semiarid area of Tognyu have been investigated based on the continuous three years observational data from 2003 to 2005. The changes of surface albedo with solar elevation angle and soil moisture have been discussed also. It has been found that surface albedo has almost the same diurnal and seasonal variations on degraded grassland and cropland surfaces in the semiarid area, while surface albedo is large in winter and small in summer. The diurnal variation of the surface albedo has relationship with the weather condition. The diurnal cycle of the surface albedo likes the ＂U＂ shape curve in sunny day, while it is low-high after the rain, and high-low after the snow. The surface albedo has large variation in cloudy day, while it has no any variation in overcast day. The large difference of the surface albedo can be 0.04 in winter between two land surfaces, because the snow has large effects on the surface albedo in winter. The rainfall is an important factor in summer on the surface albedo, while the difference of the surface albedo is 0.01 only between two land surfaces. The differences of the surface albedo can also be 0.04 in autumn due to vegetation growing. The seasonal-average surface albeo from 2003-2005 is 0.25, 0.22, 0.24, 0.32 respectively in spring, summer, autumn and winter on the degraded grassland surface, while it is 0.25, 0.21,0.22, 0.33 respectively in spring, summer, autumn and winter on the cropland surface. The surface albedo becomes smaller with the increase of solar elevation angle. When the solar elevation angle is greater than 40°, the surface albedo changes very little and tends to be a constant. The surface albedo has negative exponent functions with soil moisture in the growing season.     

吉林西部地表参数空间分布规律分析

以吉林西部为研究区域,选取2000年7月15日的NOAA/AVHRR资料,利用SEBS模型试算了研究区地表温度、地表反照率、地表发射率、归一化植被指数等主要地表特征参数.分析地表参数在吉林西部的空间分布规律,同时对地表参数之间的关系进行定性的分析,为吉林西部生态环境的研究提供必要的资料.     

北方森林草原生态过渡带的遥感研究

借助遥感数据和GIS软件,对内蒙古高原东南缘森林-草原过渡带进行研究,利用1992—1993年间12个月份的NDVI资料,分析研究区的NDVI分布格局。同时,通过主成分分析方法,对数据进行降维,提取前两个主分量,其中第一主分量代表NDVI的累计,第二主分量代表NDVI的年内变动程度。结果表明,由荒漠化草原带到森林带,在其第一主分量逐步增加的同时,第二主分量也随着增加。最后,再利用上述所得的两个分量对研究区进行监督分类,分类结果较为满意。     

1982—1999年我国植被净第一性生产力及其时空变化

基于地理信息系统和卫星遥感技术,利用植被、气候和土壤等地面空间数据,应用CASA模型估算了1982—1999（除1994）年间我国植被年净第一性生产量及其时空变化。结果表明：18年间我国植被净第一性生产量呈增加趋势,平均增加速率为0.024PgC·a^-1,其均值为1.8PgC,其中高寒植被、常绿阔叶林和常绿针叶林的增加速度最快;降水是限制我国植被净第一性生产力的主要因子。     

地气系统辐射平衡特征的观测研究

利用温斯顿编制的美国NOAA卫星第一批45个月辐射观测资料分析图，包括吸收太阳辐射，反射率及射出长波辐射。而地-气系统辐射平衡是用公式计算的，首次对地-气系统辐射平衡理论各分量从数值上进行逐月的和年内的纬向分布特征研究。结果表明：在一年中太阳直射点随时间的推移的南北回归线之间移动。地-气系统辐射平衡，吸收太阳辐射，反射率和射出长波辐射的纬向分布，和理论说明的变化是完全一致的，这45个月正处于太阳黑子数相对少期，该期间的太阳辐射应是偏弱的。     

气候变化对中国北方温带草原植被的影响

在月、季节、生长季和年4个时间尺度上,采用Krigging空间插值方法对1982—1999年的降水、气温数据插值生成栅格影像,将其与1982—1999年的NOAA/AVHRR NDVI影像进行相关分析.同时,综合分析了归一化差值植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)、降水、气温、区域潜在蒸散量、区域实际蒸散量的年际季节变化.结果表明,降水是制约本区植被生长的根本原因,夏季降水量对植被生长的影响最为显著,7—8月份的降水对下月植被的生长有重要的影响.同时得出中国北方温带草原植被与气象因子相关性的空间分布图.     

南极瑞穗站辐射特征的初步研究

本文利用1979－1980年在南极瑞穗太阳分光辐射分量和长波辐射通量及微气象观测资料，计算并分析了辐射分量，地表反射率，地表和大气的有效比辐射率，大气的有效透过率和雪面反射率与太阳高度角的关系及他们的日，年变化，并对输出输入长波辐射的实测与计算值进行了比较，初步结果表明：在南极瑞穗站净辐射年平均值为－14．6W／m^2，在波长305－2800nm,305-695nm,和695-2800nm范围内地表反射率分别为0．79，0．95，和0．64，地表和大气有效比辐射率的年平均值分别为0．99和0．77，大气的有效透过率在不同的波长范围内有不同值，代表春，夏，秋季的10月19日，12月28日和3月3日，在305－2800nm波长范围内，晴天大气透过率分别为0．828，0．871和9．835。     

NDVI与先验知识结合确定温带草原植被生长季方法的探讨

根据我国东北地区呼伦贝尔草原4个不同植被类型1982～1999年NDVI的旬际资料，以旬际间NDVI值变化的幅度为主要依据，结合研究区基于物候的生理情况以及NDVI值的大小，来确定植被各个生长阶段的开始和结束时间，研究表明，利用该方法可以有效地划分不同草原植被的生长季的开始和结束时间，同时可以区分出青草期的开始和结束时间。