被动微波遥感在地表冻融监测中的应用研究进展

地表冻融过程强烈影响着地气能量交换、地表径流、作物生长和碳循环等陆地表层过程,利用微波遥感监测地表冻融循环及其相关的地表信息对气候的响应和反馈显然极其重要。随着SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity mission)、SMAP(Soil Moisture Active Passive mission)计划的实施,相对于早期广泛使用的C、X、K和Ka微波波段,L波段具有更低的频率、更深的穿透深度以及对土壤介电常数变化的敏感性,不仅被用于传统的地表冻融状态监测,还被扩展应用于估算土壤冻结深度、冻结速率、相变水含量等信息,显示出更广阔的应用前景。回顾了近年来被动微波遥感在地表冻融循环监测方面的最新研究进展,包含遥感监测原理、微波传感器、遥感算法等方面,重点介绍和总结了L波段在地表冻融循环遥感监测中的前沿研究,并对其应用潜力进行了展望。     

基于MODIS和AMSR-E遥感数据的土壤水分降尺度研究

微波传感器获得的土壤水分产品空间分辨率一般都很粗,而流域尺度上的研究需要中高分辨率的土壤水分数据。用MODIS逐日地表温度产品MOD11A1和逐日地表反射率产品MOD09GA构建温度-植被指数特征空间,并计算得到TVDI(Temperature Vegetation Dryness Index)指数,它与土壤水分呈负相关关系,能够反映土壤水分的空间分布模式,但并不是真实的土壤水分值。在AMSR-E像元尺度上求得TVDI与土壤水分的负相关系数,进而对VUA AMSR-E土壤水分产品进行降尺度计算得到0.01°分辨率的真实土壤水分值。经NAFE06(The National Airborne Field Experiment 2006)试验地面采样数据验证,降尺度后的土壤水分均方根误差平均值为6.1%。     

面向生态监测的IPv6无线传感器网络研制及应用

环境监测是无线传感器网络应用的重要领域,特别是在流域生态学的研究中,发挥着非常重要的作用。为了帮助生态学家在恶劣的环境中收集科学数据,针对黑河流域生态研究的需要,我们提出了一套 IPv6 无线传感器网络(IPv6WSN) 的系统设计方案。本文重点介绍了方案中的三个关键技术:硬件平台的设计,IPv6 网络协议的集成以及 IPv6 无线传感网络(WSN) 的元数据建模。该系统已经在黑河流域研究计划(HiWater) 进行了实际部署和使用,为参与该研究计划的各相关领域科学家提供了大量的第一手数据,同时也为自主开发的 IPv6 无线传感网络在生态环境监测中的有效使用奠定了坚实的基础。     

异质性地表土壤冻融循环监测网络的优化采样设计-以黑河祁连山山前地区为例

在黑河祁连山山前地区建立分布式的土壤温度/水分传感器监测网络,准确获取异质性地表的遥感像元真值,用于地表冻融状态分类及土壤水分定量反演算法的发展完善和真实性检验,以及两者的降尺度研究均具有重要意义。传感器监测网络节点的空间布局直接影响观测有效性及其数据质量,一种基于异质性地表的均值估计方法被用于空间节点的优化采样设计：即以地表温度为目标变量,将研究区划分为相对均质的若干层(子区域),计算各层及总体的变异函数参数作为代价函数的输入,通过最小化目标变量的估计方差,实现传感器网络节点在各层的空间分布,准确地捕捉区域内部的异质性。结果表明,分层后各层的异质性相对于总体都有所下降,优化的节点空间布局具有较好的属性代表性,对于异质性较强的局部区域,有较高的样本密度。     

遥感技术监测海冰密集度

概要评述可见近红外、主/ 被动微波遥感技术监测海冰密集度的基本原理、算法及其优缺点。着重介绍和讨论被动微波传感器SMMR 和SMM/ I 遥感图像混合像元内海冰总密集度, 一年海冰及多年海冰密集度的NASA 算法及其天气滤波器。     

中国长时间序列地表冻融状态数据集

地表冻结和融化状态的转换表征着陆地表层过程的休眠和活跃,亦可作为水文循环和生态系统活动的“开关”。本文主要介绍根据双指标冻融状态分类算法和决策树算法制备的中国区域长时间序列地表冻融数据集(分别为1978~2015年与1987~2009年),该数据集可用于分析中国区域地表冻融循环的开始/结束日期、冻结期、冻结天数、冻结范围等指标的时空分布和变化趋势,可为中国区域的冰冻圈和水文相关研究,以及气候变化分析提供重要的数据支持。
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黑河综合遥感联合试验研究进展:概述

“黑河综合遥感联合试验”是在我国典型的内陆河流域--黑河流域开展的大型航空、卫星遥感和地面同步观测试验。28个单位的280多名科研人员、研究生和工程技术人员参加了试验。介绍了2008年加强试验期以来的研究工作进展。“黑河综合遥感联合试验”最主要的成果是一套多尺度、高质量的综合观测数据集,该数据集已正式对外发布,十分有力地支持了一系列生态、水文、定量遥感模型的发展、改进和验证,试验所期望突破“数据瓶颈”的目标已经实现。此外,已在积雪参数提取、地表冻融微波遥感、森林结构参数的遥感反演、蒸散发观测与遥感估算、土壤水分反演、生物物理参数和生物化学参数反演、水文气象观测、尺度推绎、流域水文模拟和同化应用等方面取得了丰富的研究成果。试验亮点包括蒸散发观测及其遥感模型改进、机载激光雷达的应用、多角度热红外传感器研制和应用;航空遥感在获取高质量、高分辨率数据方面依然具有不可替代的作用。     

黑河综合遥感联合试验研究进展:水文与生态参量遥感反演与估算

介绍了“黑河综合遥感联合试验”在水文和生态变量与参数反演、估算和模型应用方面取得的进展。在水文变量遥感方面,利用车载双偏振多普勒雷达在黑河上游和中游分别开展了高精度降水观测,获取了后向散射系数和极化信息与降水强度之间的定量关系。在综合利用多源观测信息,改进和发展蒸散发估算模型方面取得了实质性的进展。发展了利用K和Ka波段机载微波辐射计数据反演山区积雪深度的方法。针对SAR观测数据反演土壤水分中地表粗糙度的显著干扰,发展了消除粗糙度影响的反演方法。在生态过程遥感参量估算方面,提出了一种基于机载激光雷达和高分辨率光学影像的高精度地物信息分类方法。发展了从高光谱航空遥感提取植被自然光照下的荧光,并与NDVI结合的C3/C4植被分类方法。发展和改进了使用多角度、多光谱观测反演叶面积指数的方法,挖掘了激光雷达在植被垂直结构探测上的潜力,探索了叶面积指数遥感中的尺度转换规律。发展了利用高光谱数据中的荧光信息反演光能利用率的新方法;建立了考虑土壤反射率、冠层结构等因素的光合作用有效辐射比率反演模型;改进了利用遥感估计生态系统生产力的模型。发展了利用高光谱遥感数据提取叶绿素含量和叶绿素荧光强度的方法。     

利用多时相ASAR数据反演黑河流域中游地表土壤水分

土壤水分是地表能、水循环过程中的重要变量之一,利用主动微波遥感,特别是合成孔径雷达（SAR）进行土壤水分的反演已经越来越受到人们的关注。地表与微波相互作用机理非常复杂,受到粗糙度的强烈影响,成为制约土壤水分准确反演的一个重要因素。利用3景时序接近的ASAR影像对黑河中游临泽草地试验区地表参数进行了多通道的反演,获得了像元尺度上的粗糙度分布状况,从而不需要借助粗糙度的地面测量辅助信息,节省了工作量。土壤水分反演取得了较为满意的结果（均方根误差< 6%）。      

被动微波遥感监测土壤冻融界限的研究综述

主要介绍了被动微波遥感数据在研究土壤冻融状态方面的国内外研究进展。目前常用的而且比较成熟的冻融界限判别指标是37GHz亮度温度及负亮温谱梯度,重点对这两个冻融边界判别指标的发展进行了详细讨论,并对冻融判别和积雪判别的关系及其相互影响进行了分析和讨论。发展可靠实用的微波遥感土壤冻融状态的判别算法,以提供区域和全球尺度上的土壤状态信息,对水文学、气象学以及农业科学、工程地质研究与应用都有重要意义。