基于Hyperion影像的高光谱水汽含量反演的算法比较研究

基于高光谱遥感图像数据的大气参数反演和一体化辐射校正具有重要研究意义和应用价值。首先,通过6S模型辐射传输计算分析了EO-1/Hyperion遥感影像在940和1 130nm附近水汽吸收区域的光谱吸收特点。其次,采用两通道比值法和三通道比值法,比较了不同波段组合的大气含水量高光谱遥感反演精度并进行了敏感性分析,模拟实验结果表明采用三波段比值算法的相关系数和均方根误差均优于对应的两波段算法。最后,利用张掖地区2008年3景EO-1Hyperion高光谱遥感影像,反演了大气含水量,并与地基CE-318太阳分光光度计测量数据进行对比验证,结果表明:1 124nm水汽吸收通道反演精度优于940nm,两通道和三通道比值法的均方根误差分别为0.369和0.128g/cm2,三通道比值方法优于两通道比值方法,与地面观测结果一致。     

基于MODIS数据的大气水汽反演算法研究

水汽是天气变化的主要动力因素之一,同时大气中的水汽含量也是影响遥感应用的主要因素之一。介绍了MODIS近红外二通道比值法和三通道比值法反演大气水汽的思想,对反演算法的过程进行了推导和分析,并结合实例进行了总结和讨论。通过融合已有的两种水汽反演算法,较好地解决了利用NASA文档对水汽加权平均所遇到的问题,取得了较好的实验效果,对降水产品的生产具有一定的实际意义。     

结合EEMD和比值导数的岩石-植物混合波谱分解

由于混合像元的影响,野外实测波谱或从遥感影像提取的像元波谱多为混合波谱。针对高光谱遥感应用中混合像元导致的混合波谱问题,提出了一种改进的比值导数混合波谱分解方法。首先,对野外实测的岩石与植被的混合波谱预处理,消除水汽噪声;其次,使用总体平均经验模态分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）进行IMF分解,获取r分量波谱;然后,利用比值导数方法对r分量波谱进行解混;最后,选取岩石面积比为自变量,近红外波谱的特征波段反射率值为因变量,利用回归分析定量反演野外混合波谱中岩石面积比。结果表明：①基于EEMD分解获取r分量波谱消除了环境干扰,反映了混合波谱总体趋势,体现了混合波谱中的主要地物波谱特征;②对EEMD分解获取的r分量波谱进行比值导数处理,抑制植被端元组分的同时,突出岩石组分对于混合光谱的影响;③结合EEMD和比值导数法处理后的特征波谱,提高了岩石—植物混合波谱反演精度。     

结合EEMD和比值导数的岩石-植物混合波谱分解

由于混合像元的影响，野外实测波谱或从遥感影像提取的像元波谱多为混合波谱。针对高光谱遥感应用中混合像元导致的混合波谱问题，提出了一种改进的比值导数混合波谱分解方法。首先，对野外实测的岩石与植被的混合波谱预处理，消除水汽噪声；其次，使用总体平均经验模态分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）进行IMF分解，获取r分量波谱；然后，利用比值导数方法对r分量波谱进行解混；最后，选取岩石面积比为自变量，近红外波谱的特征波段反射率值为因变量，利用回归分析定量反演野外混合波谱中岩石面积比。结果表明：①基于EEMD分解获取r分量波谱消除了环境干扰，反映了混合波谱总体趋势，体现了混合波谱中的主要地物波谱特征；②对EEMD分解获取的r分量波谱进行比值导数处理，抑制植被端元组分的同时，突出岩石组分对于混合光谱的影响；③结合EEMD和比值导数法处理后的特征波谱，提高了岩石—植物混合波谱反演精度。     

结合EEMD和比值导数的岩石-植物混合波谱分解

由于混合像元的影响,野外实测波谱或从遥感影像提取的像元波谱多为混合波谱。针对高光谱遥感应用中混合像元导致的混合波谱问题,提出了一种改进的比值导数混合波谱分解方法。首先,对野外实测的岩石与植被的混合波谱预处理,消除水汽噪声;其次,使用总体平均经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)进行IMF分解,获取r分量波谱;然后,利用比值导数方法对r分量波谱进行解混;最后,选取岩石面积比为自变量,近红外波谱的特征波段反射率值为因变量,利用回归分析定量反演野外混合波谱中岩石面积比。结果表明:①基于EEMD分解获取r分量波谱消除了环境干扰,反映了混合波谱总体趋势,体现了混合波谱中的主要地物波谱特征;②对EEMD分解获取的r分量波谱进行比值导数处理,抑制植被端元组分的同时,突出岩石组分对于混合光谱的影响;③结合EEMD和比值导数法处理后的特征波谱,提高了岩石—植物混合波谱反演精度。     

珊瑚礁区多光谱遥感水深反演研究

珊瑚礁区水深反演对于珊瑚礁区域工程建设与珊瑚礁保护具有重要意义。遥感影像辐亮度值与水深具有很好的相关性,据此波段比值法和线性组合算法被应用到珊瑚礁区的水深反演中,并根据复杂的珊瑚礁地形地貌对以上2种模型均做了优化。结果表明:经过改进的波段比值算法在3~5m、10~15m的水深反演中精度较高。而本文用到的模型在5~10m水深范围内的精度均较差,初步得到的结论是珊瑚礁区特殊的地形地貌导致的。     

单窗算法在福建毗邻海域海表温度反演的适用性分析

基于2013~2014年春夏秋冬4个时相的HJ-1B热红外遥感影像,采用覃志豪单窗算法反演海表温度。利用实测海表温度数据作为反演结果的对比验证,结果表明:平均绝对误差为0.86℃,相关系数R~2为0.971 5。并对水汽含量和大气温度的不确定性,对反演结果产生不同程度的影响进行分析,结果表明水汽含量误差范围在-2~0g/cm~2之间,气温变化量在-2℃~2℃之间,所产生的海表温度误差在5%以内,依然可以达到较高的反演精度;冬季水汽含量的敏感性比夏季高,而大气温度在夏季的敏感性却比冬季高。因此,单窗算法在福建毗邻海域海表温度反演具有较好的适用性,对福建毗邻海域的海洋环境监测具有重要意义。     

静止气象卫星水汽风反演研究

云迹风反演明显的局限是在晴空区无法获取风场。为克服这种局限,利用静止气象卫星水汽吸收通道图像反演风场。运用交叉相关系数法求出水汽图上选取的示踪物的位移,利用水汽通道观测亮温的平均值与垂直温度廓线比较定出晴空区水汽风的高度,并用探空和NCEP风场资料对反演结果进行检验。结果表明,反演出的水汽风场是合理的,能在一定程度上弥补云迹风反演在晴空水汽区无法获取风场的不足。     

FY-3近红外与热红外资料大气柱水汽总量反演对比

大气水汽含量信息对卫星图像辐射校正、大气微物理过程理解、降水预报等具有重要意义。分别利用FY-3A中分辨率成像光谱仪(MERSI)近红外和扫描辐射计(VIRR)热红外通道反演大气柱水汽总量,并将反演结果与地面探空站观测值进行比对分析,结果表明:(1)MERSI反演值与观测值的相关系数为0.763,而VIRR反演值与观测值的相关性较差,相关系数为0.169;从水汽含量的反演精度看,MERSI(RMSE=1.109g/cm~2)高于VIRR(RMSE=1.894g/cm~2);(2)MERSI三通道水汽反演精度比17、18、19通道(RMSE分别为1.133、1.424和1.827g/cm~2)高,主要原因是3个水汽通道对水汽敏感性不同,综合利用3个通道反演大气柱水汽含量可达到取长补短的效果。     

基于矿物填图和构造解译的夹皮沟金矿找矿方法研究

针对夹皮沟找矿,在两个方面研究:①采取掩膜处理、阈值切割、比值、光谱角等多种方法综合分析并去除目标影像的植被、阴影、河流水体及其冲积物等众多干扰信息;②采用单窗算法对ETM遥感影像中的热红外波段进行地表温度反演,根据地表温度的反演影像进行遥感解译构造,对蚀变异常区域和构造解译影像做叠合分析,找出成矿远景区和成矿有利区,圈定可能的成矿靶区,得到了很好的结果。     

A practical split‐window algorithm for retrieving land‐surface temperature from MODIS data

This paper presents a practical split‐window algorithm utilized to retrieve land‐surface temperature (LST) from Moderate‐resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data, which involves two essential parameters (transmittance and emissivity), and a new method to simplify Planck function has been proposed. The method for linearization of Planck function, how to obtain atmosphere transmittance from MODIS near‐infrared (NIR) bands and the method for estimating of emissivity of ground are discussed with details. Sensitivity analysis of the algorithm has been performed for the evaluation of probable LST estimation error due to the possible errors in water content and emissivity. Analysis indicates that the algorithm is not sensitive to these two parameters. Especially, the average LST error is changed between 0.19–1.1°C when the water content error in the simulation standard atmosphere changes between ?80 and 130%. We confirm the conclusion by retrieving LST from MODIS image data through changing retrieval water content error. Two methods have been used to validate the proposed algorithm. Results from validation and comparison using the standard atmospheric simulation and the comparison with the MODIS LST product demonstrate the applicability of the algorithm. Validation with standard atmospheric simulation indicates that this algorithm can achieve the average accuracy of this algorithm is about 0.32°C in LST retrieval for the case without error in both transmittance and emissivity estimations. The accuracy of this algorithm is about 0.37°C and 0.49°C respectively when the transmittance is computed from the simulation water content by exponent fit and linear fit respectively.     

利用统计和物理模型反演植被叶片生化组分

通过比较统计模型、物理模型以及两者的联合模型在反演鲜叶片生化组分含量时的效果，结果表明，对于叶绿素知水份含量。物理模型的反演效果较好，对于蛋白质、纤维素 木质素含量，统计模型的反演效果相对较好，由物理模型改造得到的三种联合模型，能在一定程度上提高物理模型反演蛋白质、纤维素 木质素含量的精度，但和利用统计模型良演这两种生化组分的结果比较，改进作用并不明显。对于不同样本组叶片生化组分含量，不同模型反演效果均存在一定差异，统计模型存在的差异相对较大。     

基于宇宙射线观测的喀斯特槽谷区典型流域土壤水分反演研究

宇宙射线中子法是一种百米尺度的土壤水分无损测量方法。基于重庆市青木关槽谷区多个站点的多层土壤水分观测数据,针对宇宙射线土壤水分观测系统（COSMOS）同步测得的中子序列开展了土壤含水量反演研究。在反演算法研究过程中,引入S-G滤波对COSMOS快中子数进行平滑,分析了植被含水量的影响,探索和优化了算法率定和验证阶段不同的数据筛选方案。结果表明：该区域植被含水量对COSMOS反演结果影响较小,且考虑全时段土壤水分水平下发展的算法能得到与实测区域平均更为一致的土壤水分序列。最后应用该反演算法进一步生成了COSMOS观测时段的长时间序列土壤水分产品,并与周边相邻土壤水分观测进行间接验证,揭示了该区域的土壤水分季节变化特征。该研究发展的COSMOS土壤水分反演算法在该区域展现了较强的适用性,可为重庆市青木关喀斯特槽谷区典型流域的区域尺度土壤水分观测与水文气象分析提供支持。     

Retrieval of land and sea surface temperature using NOAA-11 AVHRR· data in north-eastern Brazil

The split-window method is investigated and a simple airborne atmospheric correction model for thermal data is proposed. Analysis shows that the atmospheric transmittance has a quadratic behaviour with the water vapour content in the first few kilometres of a wet atmosphere. The effect of the emissivity is evaluated for the retrieval of surface temperature using data from NOAA-11 AVHRR channels 4 and 5 for two extreme atmospheres. The results indicate that a spectral emissivity variation (Δε) in channels 4 and 5 of ±0.01 is not as important for a wet atmosphere as for a dry atmosphere. The split-window algorithm developed in this work has its parameters dependent on the atmospheric state and the values of these parameters are determined by using radiosonde profiles. Data from eighty-five radiosondes have been used to determine and check the local seasonal equatorial split-window parameters. The results of surface temperature retrieval show that the local seasonal equatorial and daily split-window parameters (given by daily radiosonde profiles) for NOAA-11 AVHRR data exhibit good agreement between their surface temperature results and the results of in situ measurements for two days. Comparisons with in situ measurements show that the maximum difference from retrieving a vegetated surface temperature using AVHRR data is less than 1.0°C in a wet atmosphere. Although the seasonal parameters have demonstrated a good performance when applied for two particular days, it does not indicate that they can be used successfully for other times when the atmospheric state differs from the average seasonal profile determined in this work. Evidence of this fact is shown through the variation of water vapour amount in the eighty-five radiosonde atmospheric profiles that have been analysed. This variation presents a wide range in water vapour from 2.8g cm^-2, to 4.92g cm^-2, which can significantly modify the retrieval of surface temperature using remote infrared sensors. Discussion of this problem is given in this paper.     

基于被动微波的地表温度反演研究综述

热红外遥感反演地表温度已取得丰硕的成果,某些反演算法精度可达到1 K以内。然而在非晴空条件下,热红外遥感的应用受到很大限制,甚至无能为力。而被动微波遥感受大气干扰小,可穿透云层获取地表辐射信息,具有全天候、多极化及高时间分辨率等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性。被动微波反演地表温度已经成为被动微波遥感技术应用研究的主要问题之一。系统阐述了微波热辐射机理、地表温度反演模型、反演算法及应用现状,分析了目前被动微波地表温度反演研究中存在的主要问题与技术难点,为后续相关研究提供参考。     

NDWI与NDVI指数在区域干旱监测中的比较分析——以2003年江西夏季干旱为例

植被水分指数NDWI是基于短波红外（SWIR）与近红外（NIR）的归一化比值指数。与NDVI相比，它能有效地提取植被冠层的水分含量；在植被冠层受水分胁迫时，NDWI指数能及时地响应，这对于旱情监测具有重要意义。结合2003年夏季MODIS影像数据和地面气象数据，以江西省内一片农田和一片林地为试验区域，分析比较了NDWI与NDVI距平值在短期旱情监测中的有效性。监测结果表明， NDWI对植被冠层水分信息比NDVI更为敏感；在短期干旱监测中，NDWI指数能准确地反映旱情的时空变化。     

针对MODIS 数据的地表温度非线性迭代反演方法

地表温度是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数。构建了MODIS31/ 32 波段的热辐射传输方程, 讨论了方程的数值迭代解法, 提出了针对MODIS 数据地表温度的非线性迭代反演方法, 并介绍了大气透过率和地表比辐射率这两个中间参数的估计方法。误差及敏感性分析表明,提出的方法对大气透过率和地表比辐射率都不敏感, 反演精度优于传统的线性分裂窗算法。     

Method for retrieving the power of the point source of an admixture being diffused in a turbulent atmosphere

The problem of retrieving the power of a point source of an admixture being diffused in a turbulent atmosphere is thoroughly studied. This problem is reduced to the solution of a few integral equations of the first kind. We suggest a method for constructing a stable algorithm of an approximate solution of these equations on the basis of the Kalman-Bucy filter.     

A microwave vegetation water index from passive microwave radiometer data

The vegetation water content (VWC) index has been widely used in agriculture, forestry and hydrology studies. It is also useful in retrieving soil moisture from microwave remote sensing observations. Space‐borne and airborne microwave radiometers have widespread utility in soil moisture and vegetation condition retrieval. To simplify the original retrieval algorithm, this paper developed a theoretical microwave vegetation water index (MVWI) from microwave radiometer data, which contains only VWC and a vegetation structure parameter. Based on the MVWI, an efficient VWC retrieval algorithm was developed.