中红外双通道夜间数据地表温度反演方法

地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外(8~14μm)数据相比,中红外(3~5μm)波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低,在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路,发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法,分析了宽通道组合(3~4μm和4~5μm)和窄通道组合(3.929~3.989μm和4.020~4.080μm)模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明,宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为~0.5 K和~0.3 K;噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.     

基于Landsat数据的地表温度反演差异及参数分析

只有基于准确的地表温度反演算法计算出的产品数据,才能正确推广使用。研究基于Landsat-8、Landsat-9和气象站数据,对比了5种常用地表温度反演算法的结果,并对不同算法的反演结果和参数灵敏度进行了测试。结果表明：基于地表比辐射率参数计算的辐射传输方程和单通道算法反演结果与地面实测数据吻合较好。基于大气水汽参数计算的单窗算法和劈窗算法的反演结果均高于实测温度。基于平均温度参数计算的单窗算法反演精度误差较大。此外,比较了两种遥感数据在不同地物上反演温度的一致性。研究结果可为地表温度反演和产品选择提供参考。     

高分辨率红外相机单窗与劈窗陆表温度反演精度分析研究

针对高分辨率热红外传感器单通道和劈窗设置,全面分析了影响陆表温度反演的各种因素,探讨劈窗和单窗对温度反演总精度的影响.首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合大量的TIGR探空廓线数据,建立广义劈窗算法和普适性单窗算法.接着进行算法拟合精度分析,以及地表比辐射率、等效噪声温度和水汽含量等不确定度对陆表温度反演精度的敏感性分析.最后得出不同比辐射率下,不同水汽含量下,劈窗和单窗算法地表反演总精度.研究表明单窗算法拟合精度低于劈窗算法,且随水汽含量增大而精度降低;水汽含量不确定度、地表比辐射率不确定及通道亮温NE△T对陆表温度反演总精度均有贡献,该贡献大小与水汽含量,比辐射率和地表温度均有关;影响单窗算法精度主要因素是算法拟合精度,影响劈窗算法精度主要因素是通道NE△T.在水汽含量较低时,单窗算法总精度与劈窗算法差不多,都在1K左右,水汽含量越大,单窗算法总精度越低,在2K左右,而劈窗算法总精度则变化不大.     

先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

利用美国环境卫星A型先进微波探测器AMSU-A资料反演中国陆地区域地表微波辐射率.通过辐射传输正演模拟,提出了AMSU-A窗区通道反演地表微波辐射率的指数分析方法.利用模拟数据对比了指数分析方法和以往通道亮温组合方法.结果表明:对于地表比较干燥的地区,指教分析的反演结果略优于通道亮温组合的反演结果.在此基础上利用IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)的地表分类数据,提取AMSU-A像元裸土组分的面积百分比信息,并进一步应用于AMSU-A像元裸土组分地表微波辐射率的反演试验,提高了反演精度,并可进一步应用于区域地表湿度信息提取和大气参数反演,以及AMSU-A窗区通道陆地区域遥感信息在数值预报模式中的同化应用.     

单通道物理法反演海表温度的参数敏感性分析及验证

定量分析了反演海表温度的单通道物理法对海水比辐射率、海面风速、海水盐度、大气透过率、大气上下行辐射等参数的敏感性,发现海水比辐射率、大气透过率对算法精度影响较大,是单通道物理法反演海表温度的主要误差来源.在不同的波段,单通道物理法对参数敏感性也有较大差别,中红外波段的敏感性要小于热红外波段.为了验证单通道物理法的可行性、精度及参数敏感性分析的结果,选择墨西哥湾海域2009年全年夜间MODIS实测数据进行实验.结果表明,中红外波段的单通道物理法反演海表温度的精度高于热红外波段,达到MODIS劈窗算法海表温度标准产品同等精度,这与参数敏感性分析的结果一致.由于中红外波段单通道物理法精度较高,一方面,可以满足常规的业务观测需求,为海表温度反演提供新的技术手段;另一方面,可用来标定劈窗算法系数,弥补海洋现场观测站位空间分布不足的问题.     

基于MODIS数据的地表温度反演

利用MODIS影像数据,采用劈窗算法来反演安徽地区的地表温度。结合Sobrine、覃志豪等人提出的NDVITEM方法和地物监督分类方法,对地表比辐射率进行了估算,将反演结果与NASA的地表温度产品进行比较,平均误差在1 K左右。同时利用卫星过境当天从安徽省高密度自动监测站获取的实时数据对反演结果进行验证,发现反演温度与地面实测数据的曲线走势具有高度的一致性且有较高的相关性,能直观地反映安徽地区地表温度的空间分布。     

一种热红外分裂窗辐射量线性组合的陆地温度遥感反演方法

分裂窗技术已成功应用于海温反演.但当其用于陆地温度反演时,通常产生较大误差.选用7类共51种标准地物,分析研究了各种分裂窗算法用于陆面温度反演所产生的误差及误差来源.提出了新的分裂窗算法,用分裂窗辐射量线性组合代替亮温线性组合.新的分裂窗反演算法受大气影响很小,使陆地温度反演精度优于3K,水体反演精度优于0.15K.     

陆面温度的反演算法和大气订正的影响

提出了由卫星辐射测量反演陆面温度的算法,可在不需要预先给定通道的地面比辐射率的情况下,同时确定地面温度和比辐射率。同时,为了了解实际应用这种算法的可能性,在一系列陆面温度反演的模拟试验中,考察分析了在大气温度和湿度廓线有各种不同的误差时大气订正对陆面温度反演精度的影响。结果表明,在大气证正中应用的大气温度和湿度的误差不超过通常由探空和卫星遥感得到的大气温度和湿度的误差时,反演得到的地面温度仍可具有     

改进的三层分解模型热红外影像空间降尺度研究

地表温度(Land surface temperature,LST)是地-气相互作用和能量交换的重要参数之一.为了获取高空间分辨率地表温度数据,研究改进了一种热红外遥感数据降尺度方法,并以上海市Landsat8 OLI/TIRS影像为数据源进行了实验验证,归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)被分解为低频层、边缘层和细节层,其中边缘层和细节层按比例增加到热红外数据中.并与经典的热红外降尺度方法 Dis Trad算法和Ts HARP算法作为对比,将模拟的地表温度(270 m)作为降尺度数据源实现LST降尺度(90 m).实验结果表明,三种降尺度方法都保留原有的地表温度的空间特征,但Dis Trad算法和Ts HARP算法增加了真实数据中并不存在的温度差异;改进的三层分解模型地表温度的均方根误差为0. 913 K,与Dis Trad方法和Ts HARP算法相比精度分别提高了0. 937 K和0. 832K.     

AMTIS单通道多角度热红外图像的大气订正

给出了在假定无大气廓线情况下,AMTIS单通道多角度热红外图像的大气订正算法.算法需要三个参数:其中大气等效温度,用“最小标准差法”从图像自身来估算;大气透过率通过地表的绝对湿度或者太阳辐射计得到的大气水汽含量参数来估算;像元的辐射率比由AMTIS得到的NDVI计算.通过将大气订正后的亮度温度与地面实测点亮度温度比较,两者相差约1.2K,这对于无大气廓线情况下单通道热红外图像的大气订正来说,结果是可以接受的.     

Geometric Correction for Uneven Quadric Projection Surfaces Using Recursive Subdivision of Bézier Patches

This paper presents a scheme for geometric correction of projected content for planar and quadratic projection surfaces. The scheme does not require the projection surface to be perfectly quadratic or planar and is therefore suitable for uneven low‐cost commercial and home projection surfaces. An approach based on the recursive subdivision of second‐order Bézier patches is proposed for the estimation of projection distortion owing to surface imperfections. Unlike existing schemes, the proposed scheme is completely automatic, requires no prior knowledge of the projection surface, and uses a single uncalibrated camera without requiring any physical markers on the projection surface. Furthermore, the scheme is scalable for geometric calibration of multiprojector setups. The efficacy of the proposed scheme is demonstrated using simulations and via practical experiments on various surfaces. A relative distortion error metric is also introduced that provides a quantitative measure of the suppression of geometric distortions, which occurs as the result of an imperfect projection surface.     

滨海地区地表温度空间异质性影响因素探究

随着城市化进程不断加快, 地表温度升高引起的城市病日益严重。为深入认识滨海城市地表温度的影响因 素, 进而为改善人居环境和生态健康提供科学数据支撑, 采用单窗算法反演了大连市内甘井子区、西岗区、沙河口区 和中山区四区地表温度, 并综合运用多尺度地理加权回归模型 (Multiscale-GWR) 结合归一化建筑指数 (NDBI)、归一 化植被指数 (NDVI)、改进的归一化水体指数 (MNDWI) 和归一化裸土指数 (NDBAI), 探究了地表温度与下垫面指数 空间异质性关系。研究结果表明: (1) 大连市内四区的地表温度呈现由东向西递减的分布态势, 中山区、沙河口区和 西岗区的北部地表温度较南部高, 甘井子区西南部地表温度较其他区域低。 (2) 大连市内四区地表温度与下垫面指数 关系基本上不存在全局效应, 空间异质性很强, Multiscale-GWR 模型可以较好地拟合下垫面指数与地表温度相关关 系。 (3) 从相关系数来看, 下垫面指数对地表温度的影响作用力表现为: NDBAI > NDVI > MNDWI > NDBI, NDBAI、 NDVI 和 MNDWI 指数总体上呈现负相关效应, NDBI 总体上呈现正相关效应。     

矿业开发密集区地表热环境分异效应遥感评价模型构建研究

矿产资源的开发推动了社会经济的迅速发展,但同时也使矿区成为地表高温聚集区,对生态环境带来不利影响。本文基于2000-2018年研究区的Landsat卫星遥感影像,利用辐射传输方程法（Radiative Transfer Equation,RTE）反演地表温度（Land Surface Temperature,LST）;基于NDVI-DFI像元三分模型反演植被覆盖度（Vegetation Fractional Coverage,VFC）;借助回归分析法定量分析4个陆表生物物理指标（光合植被覆盖度（Fractional Cover of Photosynthetic Vegetation,f_PV）,土壤湿度（Normalized Difference Moisture Index,NDMI）,建筑指数（Normalized Difference Build-Up Index,NDBI）,裸土指数（bare soil index,BSI））对地表温度的驱动机制;利用主成分分析方法（Principal Component Analysis,PCA）耦合以上4个生态参数,提出一种能够综合分析矿业开发密集区地表热环境分异效应的遥感综合生态模型（Remote Sensing Integrated Ecological Index,RSIEI）,利用时空分析法定量化和可视化分析矿业开发密集区地表热环境时空分异的影响机理;借助热场变异指数（Heat Index,HI）分析研究区地表热环境分异效应与生态环境质量之间的关系。结果表明：4个生态参数对地表热环境分异效应具有不同的驱动作用,定量回归分析表明,f_PV和NDMI与LST均呈线性负相关关系,并通过了p<0.01的显著性检验,说明光合植被覆盖度和土壤湿度的增加,对地表均具有降温效应;NDBI和BSI与LST均呈线性正相关关系,并通过了p<0.01的显著性检验,说明建筑用地和裸土面积的增加,对地表起升温效应。4个镇域矿业开发密集区RSIEI影像与LST影像的空间光谱分布特征表明,二者具有空间逆关联特点,即RSIEI值高（生态环境质量好）的像元对应于LST值低的像元,反之亦然。对4个矿业开发密集区3个年份的RSIEI与LST的定量回归分析表明,RSIEI的值每上升10%,LST的值相应下降0.67–0.77°C。经验证基于主成分分析方法建立的RSIEI模型适用于矿业开发密集区地表热环境分异效应的综合评估。     

Smart-cut方法制备GeOI材料的Ge表面腐蚀研究

通过H离子注入Ge晶圆退火起泡动力学研究,对实现晶圆Ge在氧化硅上层转移后的Ge表面(GeOI)采用湿法化学腐蚀研究,使其能进一步改善表面质量(即粗糙度),同时去除由于H离子注入Ge所造成的表面非晶层。通过氨水、H2O2、去离子水混合溶液在室温下对被转移Ge层腐蚀,采用原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)检测。实验证实,湿法化学腐蚀方法能显著降低表面粗糙度,并去除制备GeOI过程中所造成的非晶层,从而得到晶格质量完好的表面。     

长波碲镉汞变面积二极管器件

采用不同钝化工艺制备了一系列具有不同P/A比的变面积光电二极管器件.在77~147 K温度范围对器件R_0A和1 000/T关系进行了分析,结果表明在该温度区间器件暗电流主要以扩散电流占主导.对器件的R_0A分布进行了研究,77 K下HgCdTe薄膜内的体缺陷及非均匀性对器件性能产生了重要的影响;127 K下由于体扩散电流增加,缺陷对器件的作用显著弱化.77 K和127 K下器件R_0A随P/A比增大而减小,表明表面效应对器件具有重要的影响.基于Vishnu Gopal模型对器件1/R_0A值和P/A关系进行了拟合分析,证实了器件存在较大的表面漏电现象,且通过表面钝化工艺的改进,有效减小了表面效应对器件性能的影响.     

中国区域MODIS三个版本气溶胶产品的对比研究

准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义,卫星反演气溶胶光学厚度的产品较多,开展不同气溶胶光学厚度产品间的对比研究,可为用户选择适合的气溶胶光学厚度产品提供重要依据。应用地基气溶胶观测网AERONET提供的气溶胶光学厚度数据,分析了MODIS气溶胶产品对中国区域四种典型下垫面的适用性。通过对比发现：在中国区域,城郊、森林、湖泊下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第六版本最优,城市下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第五版本最好。研究结论可为中国区域的MODIS气溶胶产品选择提供参考。     

Effect of Anodic Oxidation on the Characteristics of Lattice-Matched AlInN/GaN Heterostructures

The effect of anodic oxidation on the electronic characteristics of lattice-matched AlInN/GaN heterostructures was investigated using field-effect transistor (FET) structures with the gate areas in direct contact with the electrolytes. The gate surface of the FETs was subjected to anodic oxidation in 0.1 M KOH. The oxidized heterostructures were analyzed by electrochemical impedance spectroscopy and by modeling the characteristics of the electrolyte-gate FETs and the energy-band diagram of the heterostructures. This analysis suggested that the anodic treatment induced a bulk oxidation of the AlInN barrier. The Fermi level at the oxidized AlInN surface was shifted deep into the bandgap. The oxidation led to a reduction of the carrier mobility and to partial depletion of the channel.     

Low‐Duty‐Ratio Patterning on a Heterogeneous Surface

A thick film of patterned heterogeneous surface is introduced, in which the surface heterogeneity arises due to a difference in the characteristics of interfacial potential. When a liquid film is coated onto such a surface, the film is unstable only on certain parts of the surface and, consequently, dewetting takes place. In the other parts, the film is stable and no dewetting takes place. This heterogeneous surface is utilized for patterning low‐duty‐ratio patterns, which has proved challenging for any mold‐based unconventional lithographies. Only the natural forces associated with capillarity and dewetting are responsible for the patterning. As a result, defect‐free and uniform patterning is possible over a large area.