基于微波遥感的土壤湿度异常监测

提出地表微波极化差异指数,并利用AMSR-E星载被动微波遥感亮温数据,统计分析了2002-2006年7月上旬新疆微波极化差异指数旬平均分布;通过计算归一化距平,反演得到新疆7月上旬土壤湿度动态变化分布图。结果表明:利用微波极化差异指数能够较好地表征土壤湿度时空异常变化,为定量监测土壤相对干湿程度提供了一种有效便捷的方法。     

AMSR-E被动微波土壤水分与降雨率时空相关性分析研究

地表土壤水分和降水具有高度相关性,是2个密切相关的地-气相互作用参量.采用同时反演获取的土壤水分和大气降水数据来研究土壤水分的变化情况,定量理解降水和土壤水分之间的物理联系,进而可以获得对反演算法改进有用的信息.采用被动微波辐射计AMSR-E反演获得的全球地表土壤水分和降雨率数据作为研究对象,一共收集了2005年10月1日至2006年10月31日之间共395 d的AMSR-E全球日土壤水分产品和升、降轨道瞬时降雨率数据.把降雨率轨道产品经过等积割圆柱投影并重采样到同日土壤水分产品相当的25 km分辨率EASE-Grid格点上.针对土壤水分和投影后得到的日降雨率数据进行每2,8,16 d的时间维平均,在空间维进行3×3、5×5、7×7格点的重采样,经时间序列对比,分析了降水对土壤水分反演的影响及其时空相关特性,并对反演参数间弱相关性出现的原因进行了探讨,这对于发现微波土壤水分和大气降雨算法的不足,提供其改进方向具有重要的指导意义.     

MODIS和降尺度TM数据反演叶面积指数相互验证中几何处理方法的研究

提出了利用MODIS产品中的几何信息,把经过几何校正的TM数据反演叶面积指数(LAI)模拟成具有MODIS成像几何的降尺度LAI,然后与MODIS数据反演LAI进行对比验证的几何处理方法.以江西千烟洲研究区为例,采用经验公式反演TM和MODIS数据以获得两个尺度的LAI图像,分别用本文提出的新方法和传统方法进行尺度转换和对比验证.由反射率和LAI散点图得:新方法能显著提高TM降尺度图像与MODIS对应区域图像像元的对应精度.并且,新方法对大倾角观测MODIS图像与TM图像之间像元对应关系的改善更明显.因此,本文提出的几何处理方法可以建立不同尺度的遥感数据间更为准确的像元对应关系,更适用于不同尺度遥感数据反演产品的相互验证.     

MODIS数据反演地表温度劈窗算法比较

利用劈窗算法反演地表温度最早主要应用于NOAA-AVHRR数据,随着MODIS传感器的升空,其数据正在得到越来越广泛的应用.由于MODIS传感器自身具有水汽观测能力,可以为劈窗算法提供实时的水汽含量以及大气透过率等参数,更加方便了劈窗算法的应用.本文选用了Becker(1987), Sobrino(1991)以及覃志豪(2005) 3种劈窗算法,应用MODIS 1B数据进行地表温度的反演,并利用MODTRAN进行算法精度检验,结果表明Becker算法在不同水汽含量以及地表温度情况下,都保持了较高的精度,适用性较广.同时选取了冬季和夏季两景MODIS图像,将反演结果与NASA的地表温度产品进行比较,结果表明Becker算法更接近标准产品值.综合这2种比较方法,认为Becker算法较其他2种算法更有优势.     

基于不同被动传感器的中国区域冰云特性对比评估

为了对比中国区域不同被动传感器冰云资料差异及原因,评估并找出与冰云实际特征更加接近的被动产品,使用2013年1月～2015年12月中分辨率成像光谱仪(MODIS)、大气红外探测仪(AIRS)、大气红外/先进微波探测(AIRS/AMSUA)被动传感器三级产品,以雷达/激光雷达探测(DARDAR)资料为参照,对比分析了冰云发生概率、光学厚度及有效粒子半径的水平分布特征、小尺度数值大小、3年年季变化情况。结果表明:中国区域冰云发生概率总体水平分布MODIS更接近于DARDAR资料,但中国南部、西南、东北、华中等不同小尺度区域的数值分析AIRS和AIRS/AMSU-A相近,效果均比MODIS更佳;冰云光学厚度AIRS/AMSU-A对数值大小的反演和全中国整体变化规律均与DARDAR资料相近;中国及周边区域冰云有效粒子半径的大范围总体水平分布AIRS被动传感器更接近DARDAR资料,对于不同尺度的数值研究,中高纬度小区域宜选择MODIS,低纬度AIRS更接近DARDAR资料;无论冰云发生概率、光学厚度还是冰粒半径,MODIS被动传感器均能更为准确地描述3年年季变化。     

基于不同被动传感器中国区域冰云特性的对比评估

为了对比中国区域不同被动传感器冰云资料差异及原因,评估并找出与冰云实际特征更加接近的被动产品,使用2013年1月～2015年12月中分辨率成像光谱仪(MODIS)、大气红外探测仪(AIRS)、大气红外/先进微波探测(AIRS/AMSUA)被动传感器三级产品,以雷达/激光雷达探测(DARDAR)资料为参照,对比分析了冰云发生概率、光学厚度及有效粒子半径的水平分布特征、小尺度数值大小、3年年季变化情况。结果表明:中国区域冰云发生概率总体水平分布MODIS更接近于DARDAR资料,但中国南部、西南、东北、华中等不同小尺度区域的数值分析AIRS和AIRS/AMSU-A相近,效果均比MODIS更佳;冰云光学厚度AIRS/AMSU-A对数值大小的反演和全中国整体变化规律均与DARDAR资料相近;中国及周边区域冰云有效粒子半径的大范围总体水平分布AIRS被动传感器更接近DARDAR资料,对于不同尺度的数值研究,中高纬度小区域宜选择MODIS,低纬度AIRS更接近DARDAR资料;无论冰云发生概率、光学厚度还是冰粒半径,MODIS被动传感器均能更为准确地描述3年年季变化。     

星载微波辐射计遥感大气温度廓线的数值模拟

为了充分了解微波被动遥感大气温度廓线的能力,为星载微波辐射计研制及今后的资料解释提供必要的技术基础,开展了采用50～60 GHz氧气吸收带内的7个通道反演大气温度廓线的数值模拟研究.利用微波辐射传输模型模拟了微波辐射计各通道亮度温度,在此基础上建立了大气温度廓线的统计反演方案.统计反演的数值试验表明,50～60 GHz微波通道对大气温度廓线有一定的遥感反演能力.     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表温度空间格局

为了辨析博斯腾湖流域地表温度时空分布对不同下垫面的响应特征,基于MODIS数据,利用分裂窗算法反演研究区的不同季节地表温度并对反演结果进行精度检验。结果表明:(1)MODIS地表温度产品在博斯腾湖流域的精度良好,可利用流域地表温度的空间格局研究;(2)博斯腾湖流域四季地表温度变化显著,春季温度分布在-17.02~31.52℃之间,夏季温度分布在-9.99~56.04℃之间,秋季温度分布在-16.45~37.31℃之间,冬季温度分布在-32.42~10.79℃之间;(3)不同土地利用地表温度的分布总体上沙漠/沙地的地表温度均值最高,旱地、裸岩等次之,积雪、草甸最低。内陆湖流域内地表温度和土地覆盖类型存在明显的时空差异性,在极端干旱地区绿色植被对温度降低具有一定的调节作用。     

FY-3A/MERSI与Terra/MODIS地表反射率数据的初步比较

为探究联合MERSI和MODIS多角度观测数据遥感反演地表参数的可行性,本文首先利用MERSI观测几何角度信息(太阳天顶角、卫星天顶角、太阳-卫星相对方位角)对MODIS地表反射率进行各向异性校正,之后选取2010年6—7月期间共24个晴空对比区域,对6组具有良好光谱对应关系的地表通道中的MERSI反射率,以及经过各向异性校正的MODIS反射率的相关性和偏差进行了统计分析.研究表明:(1) MERSI与MODIS地表反射率数据的相关系数一般在75%以上,相关性较好.其中红光通道反射率数据的相关性最高,相关系数达到95%.MERSI与MODIS反射率在3个可见光通道以及红外1通道中的偏差较小,均方根误差和平均偏差都在0.04以内.(2)红外2通道MERSI与MODIS反射率绝对偏差频率曲线呈现显著的"双峰"结构,因此该通道中MERSI与MODIS反射率的相关性较低(75%),均方根误差(0.087)和平均偏差(0.077)较大.(3) 3种地表类型中,MERSI与MODIS反射率数据在庄稼地中的相关性最高、偏差也最小.     

MODIS漏测的全球洋面液态云水研究

中分辨率成像光谱仪(MODIS)已成为研究云的微物理特征的重要数据来源,它提供的云水路径(LWP)产品已被广泛运用到各类研究中.但MODIS采用的光谱反演方法会在冰云存在的情况下导致大量下方水云LWP的漏测,而基于被动微波信号的反演算法则可反演出这类云的LWP.本文利用准同步的被动微波仪器AMSR-E的反演结果定量评估了2002～2011年间MODIS对于洋面LWP的漏测情况,结果发现:在全球洋面上空,MODIS漏测水云的比例约为10.8%,平均漏测的LWP约为0.15 kg/m~2.漏测样本主要分布在赤道和西太平洋暖池等利于混合云发展的海域上空.一般而言,所漏测的水云容易发生在云顶温度(CTT)低、冰水含量高的深厚对流云中,且这类漏测样本通常具有较高的LWP.当CTT处于205～235 K区间时,MODIS漏测水云的样本最多.此外,利用辐射传输模式模拟了因漏测而造成的全球辐射平衡计算差异,结果表明,由于MODIS漏测的水云将导致对地气系统辐射强迫的低估,进而造成对地气系统温度的低估.     

基于遥感和GIS的日最高最低气温估算

气温是气象要素的重要组成部分,广泛用于全球气候变化、资源环境分析及灾害预警等多个领域.随着卫星遥感技术的发展,气温的估算趋向于遥感或遥感和GIS结合的方法.本文以浙江省为研究区域,利用了36个站点2013年逐日每10min一次的自动气象站气温观测数据和MODIS地表温度及其他参数产品,选用多元线性回归(自变量为地表温度、归一化植被指数、地表反照率、经度、纬度和高程)、温度植被指数以及多元线性回归插值方法进行气温估算,建立了研究区日最高气温最低气温估算模型,并比较了几种气温估算方法在研究区的适用性.结果表明:3种方法最高气温估算的决定系数(R~2)分别为0.96、0.91、0.97,均方根误差(R_(MSE))分别为1.84、2.75、1.49℃;多元线性回归和多元线性回归插值法最低气温估算的R~2分别为0.87、0.91,R_(MSE)分别为3.33、2.93℃,两者均为多元线性回归插值法得到的结果最好.空间分布结果显示,多元线性回归插值法能很好地反映由地形不同所带来的细节差异.     

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.     

基于Landsat 8TIRS的地表温度反演算法对比分析

为研究地表温度反演算法之间的异同,以神东矿区为例,以Landsat 8 TIRS为数据源,利用辐射传导方程法、基于影像算法(image-based method,IB算法)、单窗算法(mono-window algorithm,MW算法)和单通道算法(single-channel method,SC算法)分别反演研究区地表温度,并用MODIS地表温度(land surface temperature,LST)数据进行验证,结果表明辐射传导方程法、MW算法和SC算法分别高于MODIS LST数据0.19 K、0.03 K和0.58 K,IB算法低于MODIS LST数据0.65 K,四种算法与MODIS LST数据的相关系数均达到0.9以上,其中MW算法与MODIS LST数据相关系数为0.971 1,精度最高。     

利用ETM+和MODIS数据反演陆地表面温度

Landsat 7 ETM+数据是一种常用的中分辨率卫星遥感数据,它的热红外波段的空间分辨率为60m,是目前星载遥感数据中分辨率最高的。然而由于Landsat 7 ETM+只有一个热红外波段,给ETM+陆地表面温度反演造成了困难。本文在前人研究的基础上开展ETM+数据陆地表面温度反演研究,首先利用MODIS数据反演总大气水蒸汽含量,然后利用普适性单通道算法从ETM+数据得到陆地表面温度,试验结果表明该方法能够取得较好的反演结果。     

利用ETM+和MODIS数据反演陆地表面温度

Landsat 7 ETM +数据是一种常用的中分辨率卫星遥感数据,它的热红外波段的空间分辨率为60 m,是目前星载遥感数据中分辨率最高的.然而由于Landsat 7 ETM +只有一个热红外波段,给ETM +陆地表面温度反演造成了困难.在前人研究的基础上开展ETM +数据陆地表面温度反演研究,首先利用MODIS数据反演总大气水蒸汽含量,然后利用普适性单通道算法从ETM +数据得到陆地表面温度,试验结果表明该方法能够取得较好的反演结果.     

利用微波亮温资料反演陆地和海洋降水方案的对比

为研究微波亮温资料在反演陆地和海洋降水中的效果和差异,利用TRMM卫星的PR（2A25）和TMI（1B11）资料,从1998～2004年的观测资料中,每年分别选取了一次陆地和海洋上的强降水个例,采用4种组合方案进行了TMI反演降水试验.结果表明,无论是洋面降水还是陆地降水,采用全通道的组合方案都是最佳的.全通道的对数组合方案是反演洋面降水的一种理想方法.而对于陆地降水,全通道直接组合方案在总体上体现了较强的优势,是反演陆地降水的一种较为理想的方法,同时尽管陆面发射率高,往往淹没低频信号,但高、低频微波通道组合的反演结果仍优于单独使用高频亮温通道组合的反演结果.     

文安地震前卫星热红外亮温变化

利用MODIS卫星热红外数据和静止卫星热红外遥感亮温资料,对2006年河北文安5.1级地震进行时间特征和空间特征两种异常分析方法。研究表明,地震前一个月左右,透热指数和异常比值同时出现高值异常,而地表的亮温增温异常区与未来发生的地震震中较为接近。     

基于RS的陆面温度反演研究进展

陆面温度(LST)是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数,利用遥感方法反演陆面温度已经成为重要的获取陆面温度的途径.回顾了热红外遥感研究,阐述了地表温度反演原理,比较了2种主要的地表温度反演方法,并重点对针对Landsat TM数据的3种温度反演算法进行了对比.利用遥感研究地表温度将向着精确化的方向发展,如何利用反演出的精确地表温度将是更加重要的工作.     

Significant overestimation of global aerosol optical thickness by MODIS over land

Global aerosol optical thickness (AOT) data over land obtained from the Moderate Resolu-tion Imaging Spectroradiometer (MODIS) are evaluated through comparisons with AOT data retrieved by Aerosol Robotic Network (AERONET). In general, MODIS overestimates AOT except at a few AERONET sites in Africa and eastern Asia. MODIS/AOTs are, on average, larger than AERONET/AOTs by 0.041 and 0.090 at 470 nm and 660 nm, respectively. The AOT bias at 660 nm is significantly correlated to the surface reflectance at 2130 nm. Both facts suggest that the underestimation of the surface reflectance is the principal reason for this bias at 660 nm. To use the MODIS/AOT at 470 nm is strongly recommended because it is much more reliable than the AOT at 660 nm.     

干旱半干旱气候条件下夏季地表城市热岛特征与影响因素研究

利用MODIS土地利用产品提取城市建成区和郊区,以2013年6、7、8三个月的MODIS地表温度产品以及植被覆盖产品分析夏季甘肃省内干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛特征,讨论影响地表城市热岛的主要因素。结果表明,在干旱半干旱气候条件下,地表城市热岛具有显著的昼夜差距与区域特点,表现为夜晚地表城市热岛强度大于白天;城市周围的农田、草地等生态屏障可以避免建成区地表被荒漠裸地直接包围,对于控制地表城市热岛具有重要作用,传统计算城郊温度差的方法对于衡量干旱半干旱气候条件下的地表城市热岛具有明显局限性;影响地表城市热岛的主要因素在一天中会产生变化,城郊植被覆盖度差异与夏季白天的地表城市热岛有显著相关性,夜晚地表城市热岛则可能与人类活动强度和人为热源排放有关。