Estimating surface evapotranspiration using combined MODIS and CBERS-02 data

Spatial scale error is one of the most serious problems in the estimates of land surface heat fluxes of sensible and latent from satellite-borne data such as MODIS 1km resolution reflectance and emissive data. One of the feasible and economic ways to decrease the spatial scale error is to use high resolution land use class data together with the MODIS data. CBERS-02 data were used to produce land use class of Baiyangdian area, Hebei Province, China in the autumn of 2004. The area ratio of each class in MODIS pixel was calculated, and used to derive the heat fluxes of the mixed pixel. The results showed that the estimated heat fluxes of soil, sensible and latent have been changed remarkably after using the high resolution land class data. It could be concluded from the comparison between simulated and ground-measured fluxes as well as the theoretical analysis that high resolution land class data are useful to diminishing the scale error of heat fluxes estimated from low resolution satellite data.

     

集合卡尔曼滤波同化估算地表水热通量的研究

采用了顺序同化方法,利用集合卡尔曼滤波(EnKF)耦合一个简单陆面过程模型,从而完成了改善地表水热通量估算精度的研究工作. 在建立同化系统的过程中,对同化系统的模型误差进行了探讨和设定,并通过已建立的同化系统对EnKF中的集合大小设定进行了试验. 利用山东禹城试验站提供的站点实测数据与MOD16产品数据,进行同化系统的驱动和通量结果的验证. 结果表明,以EnKF方法的数据同化系统能较好地完成对地表水热通量的估算,通过与MODIS ET(MOD16A2)产品的对比试验,证明该方法具有一定的稳定性和适用性,能较准确地对地表水热通量进行估算.     

基于GNSS的MODIS大气可降水量校正模型

MODIS大气可降水量(PWV)空间分辨率高但易受云雨等环境因素影响,精度不高.GNSS PWV空间分辨率较低但具有全天候、不受天气影响、精度高的优点.研究表明两者存在显著的线性相关性,结合两者的优点,基于GNSS PWV校正MODIS PWV可获取大面积高精度的PWV.针对传统的线性回归校正模型没有考虑云、气溶胶等的影响使两种数据线性相关性变差的问题,本文在传统的线性校正模型上增加了使用年积日的非线性周期项的方法来构建校正模型.利用2017—2019年香港地区GNSS对流层延迟与MODIS近红外数据,使用频谱分析线性残差项,结果表明残差具有显著的年周期.对比传统模型,本文模型的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和拟合度都有明显的改善,表明本文模型可行有效且精度较高.     

Remote sensing and census based assessment and scope for improvement of rice and wheat water productivity in the Indo-Gangetic Basin

Understanding of crop water productivity (WP) over large scale, e.g., river basin, has significant implications for sustainable basin development planning. This paper presents a simplified approach to combine remote sensing, census and weather data to analyze basin rice and wheat WP in Indo-Gangetic River Basin, South Asia. A crop dominance map is synthesized from ground truth data and three existing LULC maps. National statistics on crop area and production information are collected and the yield is interpolated to pixel level using moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) normalized difference vegetation index (NDVI). Crop evapotranspiration is mapped using simplified surface energy balance (SSEB) model with MODIS land surface temperature products and meteorological data collected from 56 weather stations. The average ET by rice and wheat is 368 mm and 210 mm respectively, accounting for only 69% and 65% of potential ET, and 67% and 338% of rainfall of the crop growth period measured from Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Average WP for rice and wheat is 0.84 and 1.36 kg/m³ respectively. WP variability generally follows the same trend as shown by crop yield disregarding climate and topography changes. Sum of rice-wheat water productivity, however, exhibits different variability leading to better understanding of irrigation water management as wheat heavily relies on irrigation. Causes for variations and scope for improvement are also analyzed.     

Down-scaling LUCC based on the histo-variogram

In remote sensing applications, accurate extraction of land type area after classification is very important. But for images of land use/cover change (LUCC) obtained from the special spatial resolution remote sensing data, it will be of great significance to obtain the land type area information with higher resolution by making use of spatial distribution characteristcs information of the land type itself first and further scaling-down in a given scale threshold on the basis of the existing spatial resolution data. An explicit expression of the relationship between the measurement scale, global fractal dimension and the land type area corresponding to different measurement scales is obtained on the research basis of the authors’ histo-variogram using the standardized area index (SAI). A good attempt has been made to obtain the land type area information with higher resolution by merely using the spatial distribution characteristcs information of the land type in the image itself and further scaling-down in a given scale threshold on the basis of the existing spatial resolution data. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40601068), the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2007CB714402) and the Key Science and Technology R&D Program of Qinghai Province (Grant No. 2006-6-160-01)     

Characterization of turbulent flux transfer over a Gobi surface with quality-controlled observations

This study evaluates the spatial distributions in the quality of momentum and sensible heat fluxes,and determines the turbulent transfer characteristics with quality-controlled observations.The research is based on raw turbulence data collected over a Gobi surface in the Dunhuang area in June 2004.The results indicate that part of the momentum fluxes are of poor quality in the daytime and nighttime.The poor quality of the momentum fluxes in the daytime is mainly attributed to the development of turbulence.T...     

两种气候条件下空气热交换器的适用性分析

将新风处理到室内空气状态需要耗费大量能量,利用空气热交换器可以回收部分排风余热,降低新风能耗.空气热回收装置分为显热和全热(含显热和潜热)交换器,二者的能量回收效果取决于气候条件.我国南北气候差异很大,新风总能耗及潜热和显热能耗所占比例不同,全热交换器的节能优势只有在新风潜热能耗较高时才能充分体现.选择严寒地区的大同和夏热冬冷地区的上海两城市,分别在冬、夏季对室外空气温、湿度进行了连续31d(744h)的逐时测量.利用实测数据计算比较了两地新风能耗的差异,讨论了全热与显热交换器在上述地区的节能效果和两种热回收装置在应用时需遵守的原则,指出严寒地区最适宜的空气热回收装置为显热交换器,而夏热冬冷地区则适合选用全热交换器.     

一种改进的高分辨极化SAR相干斑抑制算法

SDAN-FP算法在高分辨极化SAR相干斑抑制方面具有潜在的应用前景,但是该算法的同质区域选择方案未考虑地物极化散射特性。为提高同质区域选择的准确性,首先用及时更新功率后的SDAN方案对每一个待估像素自适应地选择同质区域;然后引入主散射机理判别机制进一步优化同质区域;最后估计得到极化相干矩阵,从而实现了更为有效的高分辨极化SAR图像相干斑抑制。基于仿真和实测极化SAR数据的相干斑抑制实验验证了文章算法的有效性。     

基于MODIS和GIS的洪灾监测评估系统

在分析我国遥感技术在洪水监测方面应用的基础上,指出目前洪灾遥感监测在时效性等方面的不足.通过介绍MODIS的特点,以及与NOAA AVHRR的对比,提出建立基于MODIS和GIS的洪灾监测评估系统.利用免费、较高时间分辨率的MODIS数据,运用GIS技术,实现对不同土地利用类型的淹没情况的实时监测,为汛情的动态监测和评估提供迅速、直观、可靠的现状和变化信息.     

利用MODIS数据反演沙漠化地区地表温度的简化模式——以陕西北部地区为例

利用MODIS数据可见光波段、近红外波段和中红外波段,获得提取地表温度所需要的2个基本参数:地表比辐射率和大气透过率;然后对热红外波段b31、b32运用劈窗算法提取出陕北地区地表温度;并利用两种不同经验公式参数得出的结果与相应位置气象观测站观测的卫星过境时刻的地表气温进行比较。结果表明,劈窗算法简化模式能获得较准确的地表温度,符合陕北地区的实际地表状况,印证了应用该简化模式可以在大范围内快速实时监测地表温度。     

基于遥感的土壤电阻率估算研究

以我国长江中下游的南京及其周边15个市（县）为例,采用野外测定、室内分析与遥感反演相结合的方法,开展了土壤电阻率估算研究.选用影响土壤电阻率的土壤水分、土壤温度、土壤可溶盐总量与土壤阳离子交换量等4个主要因子,遥感反演土壤水分和温度空间分布,以获取估算土壤电阻率所需要的主要参数;采用偏最小二乘二次多项式（PLSQM）模型对不同地表覆盖类型下的土壤电阻率进行估算,PLSQM估算模型的估算值与实测值的相关系数达到0.85,平均相对误差（MRE）为19.02%,均方根误差（RMSE）为7.79.结果表明,草地、农田、林地3种不同地表覆盖类型下土壤电阻率有明显差异,PLSQM模型实现了较高估算精度,具有较好的应用潜力.     

Cotton pixel identification with CBERS-02 CCD data based on spectral knowledge

In this paper thein-situ experiment data are collected from the Spectral Library to estimate the possible values of the primary structural parameters in each cotton growing season by statistics. Based on these values the spectra of the cotton major growing seasons were simulated and analyzed using the canopy reflectance model, SAILH. In this way we also simulated the cotton pixel spectra corresponding to CBERS-02 CCD and took them as the reference spectra for spectra fitting. Then No. 143 Regiment of No. 8 Agricultural Division of Xinjiang Production and Construction Corps (XPCC) was chosen as the study area, and two spectra fitting methods, Mahalanobis distance and spectra angle, were used to identify cotton pixel from CBERS-02 CCD image of the study area. At last we analyzed the effect of the calibration coefficients error on cotton identifying. The results showed that within 4% error the spectral angle classifier can still have a good performance.     

相变贮热系统的热力学分析

本文基于热力学第二定律,对相变贮热系统进行了分析,得到了两个热力学优化参数,即最佳贮热介质温度和最佳传热单元数;同时运用了压朋损失和焓朋损失这两个不同的概念,讨论了由此而对最佳传热单元数(即换热器尺寸大小)的影响;还比较了显热贮存系统和相变贮热系统之间贮热性能的差别。     

大型城市河流对城市气候影响的实测研究

为得到夏季城市河流对热气侯的具体影响,采用定点观测方法,以松花江哈尔滨段为研究对象,在夏季最热月份展开为期一个月的实测,得出夏季各下垫面及大气温度的变化规律及各辐射通量的变化关系．数据分析显示：白天地表温度明显高于其他下垫面温度及大气温度．晴朗天气,地表温度比江面上空大气温度约高14qc,固定测点处水温低于河道上方的环...     

基于多级空间上下文LR—CRFs模型的高分辨率影像分类

充分表达和利用目标空间上下文及语义信息是提高高空间分辨率影像分类精度的关键技术,而条件随机场（CRFs）在目标空间上下文建模以及分类预测方面有其独特优势。但是,基于单一尺度分析的CRFs模型存在不能反映目标多层次空间结构及语义关系的问题,因此针对城区高分辨率影像土地利用/覆盖分类问题,在面向对象分类框架下,提出了一种多级空间上下文LR-CRFs模型。该模型定义如下：首先,将影像进行对象层？目标层及场景层的分层表达及分层特征提取,并进行“对象目标场景”的逐层关联;其次,采用逻辑回归（LR）分类器定义CRFs模型的关联势函数,利用分层特征加权的Potts函数定义交互势函数;采用最大积消息传递算法对该模型进行近似推理。利用IKONOS多光谱影像及大比例尺真彩色航空影像进行试验的结果表明：多级空间上下文LR-CRFs模型分类精度高于单一尺度的基于像素层或对象层分割的LR-CRFs模型,其精度平均分别提高了4.63%和2.22%;该方法在一定意义上也缓解了面向对象分类方法中分类结果对分割尺度的依赖程度。     

基于WRF的城市热岛效应高分辨率评估方法

为解决城市总规尺度气候评估工具缺乏的问题,分析了不同气候评估方法的特点和应用范围,研究了气象学工具WRF在城市热岛效应评估中的应用方法及有效性。建立了针对城市总规尺度的高精度城市规划信息数据库、气象数据库生成WRF模拟边界的方法;明确了高精度城市热岛效应模拟所需的WRF物理方案。以沿海城市大连夏季典型晴朗高温天气为例,利用WRF模型进行了300 m的高分辨率模拟。结果表明,WRF可以较好地模拟出城市热岛效应的强度和时空变化;将模拟结果与气象站和现场观测值进行了对比,两者变化趋势一致,偏差在可接受的范围之内。     

微小内螺纹管冷凝实验结果及关联式评价

为了研究不同顶角的内螺纹管单相及冷凝的压降及换热性质,对具有相同外径(5 mm)、相同螺旋角(18°)的内螺纹管进行实验,使用制冷剂为R22和R410A,质量流速为200~650 kg/(m2·s）,饱和温度为320 K,进出口干度分别为0.8和0.1.结果表明,内部实际换热面积增加比Aai/Afr是和强化换热系数直接正相关的.其中R22为工质的1#管和R410A为工质的7#管具有相对高的换热系数和相对低的压降.且在计算压降时,应用了Churchill模型［27］得出的摩擦系数及一个合适的相对粗糙度来修正光管的压降关联式.对Kedzierski和Goncalves关联式［11］进行修正,用基于齿根直径的换热面积代替实际内部换热面积,使误差在20%以内. 关键词：     

基于MODIS数据的组分温度反演研究

探讨了一种利用MODIS卫星遥感数据提取组分温度的实用方法．结果表明：对于不同覆盖度的草场，植被的结构较为简单，阴影影响小，在忽略混合像元空间结构特征的前提下，可近似认为混合像元的辐射总能量是各种组分物质辐射能量与其所占面积百分数的加权和，因此，采用约束优化算法——遗传算法进行混合像元分解，用MODIS数据的热红外波段反演基于亚像元尺度的植被／土壤组分温度，不但拓宽了线性光谱混合模式的应用，也可以为地表能量平衡、蒸散研究提供更精确的参数．     

基于多源遥感数据的大襟岛海域悬浮泥沙观测

珠江口黄茅海大襟岛海域是中华白海豚栖息地. 为了对该海域的水质进行评估,采用集成机载光谱成像仪（CASI）影像对悬浮泥沙质量浓度进行观测,并根据实测光谱构建适用于CASI影像和中分辨率成像光谱仪（MODIS）影像的悬浮泥沙质量浓度单波段反演模型. 此外利用实测悬浮泥沙数据和MODIS影像对反演的悬浮泥沙质量浓度进行精度评定. 研究表明,基于CASI数据的单波段指数模型可以较好地反演研究海域的悬浮泥沙质量浓度,相对平均误差为11.16%,此外单波段指数模型也可以较好地应用在MODIS影像上,相对平均误差为15.18%. 研究区域悬浮泥沙质量浓度为0.48~12.15 mg/L,对海豚栖息区的生态环境未构成明显影响. 结合基于MODIS的珠江口海域悬浮泥沙遥感影像发现,研究区域悬浮泥沙主要输入来源为黄茅海西岸的陆源输入,黄茅海西岸陆域输入泥沙在由黄茅海向口外输送时,存在明显的分支现象,径流主轴在河口海域自西北向东南向海运输,沿岸流则沿着大襟岛自东北向西南向海运输,由此,在大襟岛北部出现低悬浮泥沙、高透明度海域,适合白海豚栖息.     

劈窗算法LST精度评价和参数敏感性分析

介绍了大气模拟数据法，并用此方法分析和评价了作提出的劈窗算法．采用模拟大气参数计算得到的地表温度平均精度为0．46℃；利用间接方法(即大气透过率是由大气水汽含量计算得到)得到的平均精度为0．60℃．同时对MODIS地表温度产品与我们用MODIS影像反演出来的结果对比分析表明作提出的劈窗算法是可行的．敏感性分析表明此算法对参数透过率、比辐射率都不敏感．