全球卫星大气成分遥感探测应用进展及其展望

 随着全球变化的加剧,科学家和各国政府对大气环境日益关注,尤其是大气中的化学成分,不仅影响区域的空气质量,而且对全球气候变化产生不可估量的影响。卫星遥感探测大气中的化学成分是近年来全球对地观测领域的一个新兴分支。本文阐述全球及中国在卫星大气成分遥感探测领域的发展,以及目前已经和正在开展的各类卫星大气成分探测进展,综述大气气溶胶、主要痕量气体、主要温室气体的卫星遥感探测国际和国内现状,以及掩星和临边探测大气成分垂直廓线的进展,展望未来全球在该领域的发展方向。     

海洋大气和环境卫星遥感技术进展

 分别从海雾、海上强对流、海洋环境监测角度,介绍了卫星遥感监测能力、方法和相关产品的最新进展。卫星监测能力上,发展方向主要为高低轨、主被动协同观测;数据提取和产品反演方面,遥感反演算法趋于多样化且逐渐稳定成熟。基于卫星遥感对高层大气（以强对流为代表）、边界层大气（以海雾为代表）以及海洋环境（以海洋藻类、水体组分参数为代表）的评估,已经从科学研究过渡到业务监测,进一步提升了对海洋大气和生态环境的监测能力。     

用离散坐标法计算卫星遥感成像过程

发展了一种既可以计算多维大气辐射,又可同时计算卫星遥感成像的新型方法,其步骤是：首先采用一个常规的离散坐标求积系列计算多维大气辐射场;然后采用DOS ISW计算投射到卫星遥感器镜头上的辐射强度,从而获得遥感器CCD相机靶面上的辐射能分布．给出了一个尝试性的计算示例．     

MODIS近红外资料反演大气水汽总含量

遥感反演大气水汽总含量对于研究水循环、全球气候变化、天气预报、遥感大气校正等具有重要意义。本文考虑了卫星扫描视场角的影响,实现并改进了用MODIS近红外资料反演大气水汽总含量的两通道比值反演模式,并用辐射传输模式定量讨论了误差。结果表明,反演值和探空均方根误差RMS=0.29 g/cm2,相关系数在92%。对月平均水汽分布的比较显示,反演水汽总含量与MODIS产品的分布是一致的,且更为合理。     

城市热岛效应的红外遥感研究进展

气象卫星监测的红外遥感资料已被广泛用于研究城市热岛,进行地物分类,并作为一些地表、大气交换模型的输入数据。回顾了利用卫星红外遥感数据对城市热岛效应的研究进展,包括早期的研究及发展,并提出当前城市热岛效应研究存在的问题和对未来研究方向的展望。     

大气程辐射遥感图像技术

大气程辐射遥感图像是遥感图像中各点大气程辐射遥感值按顺序排列所形成的、与地面状况无关的、仅与大气状况有关的、无法在自然条件下直接获取的遥感图像.就对地探测而言,大气程辐射是需消除的干扰因素,对于大气传输特性的研究、遥感图像的大气修正、区域大气遥感探测和大气环境质量遥感监测等则是宝贵的信息源.研究利用遥感数字图像和对应地面反射率、逐点分离、提取像元大气程辐射遥感值从而生成大气程辐射遥感数字图像有重要理论和应用价值.     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据,通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系,利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计,并进行湿度订正;通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系,进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明,卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86(PM2.5)和0.59~0.78(PM10),估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34μg/m3(PM2.5)和24.64~91.64μg/m3(PM10),表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品,因其更高的空间分辨率,更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

机载光学图像至卫星光学图像转换方法研究

利用机载遥感数据,模拟了可见光/近红外卫星成像,旨在探讨遥感数据模拟的原理和方法.在模拟过程中,从遥感信号的辐射传输机理出发,综合考虑各种影响因素,对机载图像模拟星载图像的技术流程进行了一体化设计,将大气影响和空间分辨率转换进行了有机结合.对MODTRAN 4.0大气辐射传输程序的改造,使其输出符合模拟需求的6个辐射亮度值,并在此基础上建立了具有广泛适应性的大气辐射计算的查找表.对大气点扩散函数的解析近似进行了改进并软件实现,将其与改造后的MODTRAN程序结合,模拟临近像元效应.采用定量化的指标,通过比较模拟图像和实际遥感图像,对成像模拟精度进行了评价.     

科技珍闻

中国航天提出未来五年主要任务中国国务院新闻办公室在10月12日发布的《二○○六年中国的航天》白皮书中,明确提出了中国航天事业未来五年的十二项主要任务。这十二项主要任务分别是:研制新一代无毒、无污染、高性能、低成本和大推力的运载火箭,最终实现近地轨道运载能力达到25吨,地球同步转移轨道运载能力达到14吨;启动并实施高分辨率对地观测系统工程,研制、发射新型极轨和静止轨道气象卫星、海洋卫星、地球资源卫星、环境与灾害监测预报小卫星,初步形成全天候、全天时、多谱段、不同分辨率、稳定运行的对地观测体系,实现对陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测;统筹发展卫星遥感地面系统和业务应用系统,建立和完善国家级的遥感卫星数据中心,初步实现社会公益服务领域的遥感数据共享,建立卫星环境应用机构和卫星减灾应用机构,形成若干重要     

卫星微波遥感中云层的影响

本文在微波频率1—300GHz(波长1mm一30cm)范围内,卫星微波遥感以陆地和海洋为背景,分析8种典型的云层情况,衡量各因子的作用,进行分析讨论。为卫星微波遥感中消除云层污染及微波遥感云层特性提供了数据。     

微波遥感大气水的研究

在地面测量大气本身的微波辐射, 可以推算大气温度, 含水量, 臭氧和其他一些气体的浓度。采用大气中水汽吸收波段1.35cm和微波窗区8mm波段的辐射测量,可以遥感大气中汽态水含量和云中液态水的含量。本文通过对4个微波频段在大气中辐射传输的计算,可以看出在地面利用3mm波段遥感大气中的汽态水和云中液态水,尤其是遥感晴空汽态水含量将具有更高的灵敏度。开展3mm波段的辐射测量,将有利于连续精确地监测大气水的研究,这对中尺度天气预报和气候热平衡将起重要作用。     

6S模式对EOS/MODIS数据进行大气校正的方法

探讨了运用6S模式对EOS/MODIS的可见光与近红外通道数据进行大气校正的方法和步骤,对模式中的大气模式参数和廓线的计算方法提出了改进,应用研究目标地的气象探空资料计算包括气压、温度、水汽密度和臭氧密度等大气参数和廓线,并根据海拔高度对大气廓线进行订正.实验表明:校正后的象元反射率普遍增大,反射率区间明显拉宽,表现在图像上亮度有所提高,对比度明显增加,图像层次更加丰富,图像质量得到较大改善.     

3mm波段地面遥感大气水的研究

测量大气本身的微波辐射,可以推算大气要素,如大气温度、含水量、臭氧和其他一些气体的浓度。利用8mm和1.35cm波段的双通道微波辐射计可以遥感大气中汽态水和液态水的含量。本文通过对3个微波波段在大气中的辐射传输的计算和结果比较,发现可以在地面利用3mm波段遥感大气水,尤其是遥感晴空汽态水含量将具有更高的灵敏度。开展3mm波段的辐射测量,将有利于精确地监测大气水的含量和变化,这对中尺度天气预报,气候热平衡和微波通讯将起重要作用。     

基于支持向量机的地基单站GPS反演大气剖面

提出基于支持向量机的地基单站GPS遥感大气剖面的反演方法,主要包括经典支持向量机、最小二乘支持向量机、相关向量机3种方法,利用青岛地区的历史数据进行了仿真反演对比研究,并与神经网络反演方法进行比较,结果表明支持向量机能够有效地应用于地基单站GPS大气遥感领域.     

四川芦山Ms 7.0级地震前卫星线性云异常现象

 对四川芦山地震前1个月内的FY-2卫星云图与红外亮温数据分析发现,震前3d即4月17日的06:30—09:30,在青藏高原东部出现延展达数百千米的两条线性云,两者延伸交叉处正是芦山地震的震中位置。通过与汶川Ms 8.0级地震前数小时出现的线性云异常进行比较,认为龙门山断裂带强震前屡次出现的“无中生有”线性云异常现象,可能与青藏高原东部地下未知的隐伏构造及油气赋存有关,具有一定的临震指示性,应该作为该地区地震遥感监测的重点。今后,在全球综合地球观测系统(GEOSS)大数据的支持下,考虑孕震过程中的地球系统多圈层作用与耦合效应,将开展遥感多参数异常时空特征及其关联性分析,为解开该地区的线性云异常之谜提供科学依据。     

遥感大气中汽态水和液态水含量的实验研究

根据微波在大气中的辐射传输理论，采用接收１．３５ｃｍ和８ｍｍ波段的大气噪音，推算大气中水汽和液态水含量，研制了双通道微波辐射计，进行遥感实验，文章中对微波辐射计测得的数据如何校正，展开了详细的讨论，这将在监测和利用空中水资源的科学实验中发挥作用。     

微波的特性应用及防护

微波是波长从1米到1毫米甚至更短的电磁波,它的上端与超短波、下端与红外线相衔接。这一波段的电磁波有其特殊的物理特性和传输特性,因此广泛应用于通信、电视、雷达、遥感遥测、天文、气象、工业、农业、生物、医学、科学研究等领域。由于微波对人体有一定的伤害,因此在使用微波技术时要进行正确的防护。     

基于低秩矩阵分解的遥感图像薄云去除方法

为了较好地去除遥感图像中的薄云遮挡,还原地表图像,提出了一种利用低秩矩阵分解的遥感图像薄云去除算法。该算法根据薄云图像的低秩特性,将图像进行低秩矩阵分解,得到背景、前景和薄云图像。然后将去除薄云信息后的前景和背景信息相融合,得到地物成分。将该算法与其他传统算法应用在卫星影像数据上,对薄云去除效果运用主客观指标进行比较。实验结果表明,该算法能够克服传统算法中细节丢失以及去除不完全的问题,不仅能够在不同地物场景下对薄云进行去除,而且能够较好地保留地物的细节信息。