利用MODIS数据计算中国地表短波净辐射通量的研究

地表短波净辐射是辐射能量的重要收入部分,对研究地表辐射平衡、地气能量交换以及各种天气气候的形成都具有决定性的意义.目前国际上利用卫星数据计算地表短波净辐射大多采用空间分辨率较低的宽通道反照率数据(如ERBE卫星数据,空间分辨率为35km),这难以满足局部尺度的能量平衡和蒸散等研究的需要.本文利用空间分辨率达1km的窄通道多光谱MODIS卫星数据,通过相关处理计算,无需气象数据和地面测量数据的参与,就获得了中国的地表短波净辐射通量分布图.经与禹城地区地面实测数据对比可知,晴空时均方根误差小于20 W/m2,有云时均方根误差小于35 W/m2,表明本文使用的地表短波净辐射反演方法适合中国范围地表短波净辐射的计算.     

利用MODIS卫星资料分析北京地区地表反照率时空分布及变化特征

利用2000～ 2005 年MOD IS 地表双向反照率(MOD43B3) , 植被指数(MOD13A 2) 和地表覆盖类型(MOD12Q 1) 资料, 分析了北京及周边地区地表反照率的时空分布, 计算了2000～ 2005 年平均地表反照率的时间变化。结果表明, 北京城区年平均地表反照率为0. 12, 山区森林(0. 11) 明显小于平原地区(0. 15) , 而永定河流域反照率较大(0. 18) , 这主要是因为永定河流域植被覆盖度较低(植被指数低) , 山区地表反照率季节性变化不明显。2000～ 2005 年6 年的统计回归显示北京平原地区反照率呈略有下降。     

利用MODIS数据反演地表温度的研究

地表温度(LST)是气象、水文、生态等研究中一个重要的参数,目前国内的研究大多使用NOAA/AVHRR数据来获取地表温度,应用MODIS数据获取LST基本上还是空白。MODISLST反演算法精度较高但是计算复杂,在很大程度上限制了其应用。采用简单的统计方法和神经网络方法,得出了内蒙古东北地区的LST计算公式。该公式计算简单而且精度很高,完全能够满足一般的研究需要。     

利用MODIS数据估算西藏高原地表植被覆盖度

根据2004年9月13日至14日在西藏高原中部地面观测的植被覆盖度和同期接收的EOS/MODIS数据,分别建立了250m分辨率归一化植被指数(NDVI)、土壤调节植被指数(SAVI)与地面观测的植被覆盖度之间的相关关系,并以西藏高原中部和整个西藏高原作为两个试验区,选择典型植被类型,验证了Carlson和Ripley植被覆盖度算法的精度。结果表明,地面观测的植被覆盖度与植被指数之间呈线性关系。其中,地面观测值与NDVI的相关系数R2=0.90;与SAVI的相关系数为R2=0.89;Carlson和Ripley算法适合于中等植被覆盖度的草地植被。     

结合极轨卫星MODIS和静止气象卫星MTSAT估算黑河流域地表太阳辐射

基于MODIS和MTSAT卫星数据发展了一种新的地表入射太阳辐射估算算法。算法以复杂辐射传输模拟(MODTRAN和LibRadtran)建立的查找表为核心,通过结合MODIS的大气及陆地产品和MTSAT可见光通道的数据获取时空连续的区域太阳辐射资料。新查找表算法的运用可以从理论上保障地表太阳辐射的估算精度;而极轨卫星MODIS和静止气象卫星MTSAT的结合可以充分发挥二者的优点,得到高时间分辨率和高空间分辨率的地表太阳辐射产品。利用黑河综合遥感联合试验3个站的太阳辐射观测数据评价算法的精度,结果表明:算法可以给出较高的计算精度,而计算的太阳辐射资料可以作为地表过程模型和生态模型中相关地表辐射的输入量。
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利用EOS/MODIS资料监测森林火情

分析了MODIS适于火情监测的各通道特性,并基于今年的MODIS资料,运用红外通道及三通道合成的方法,成功地探测到今年发生在我国大兴安岭及境外的多起火情。结果表明,利用红外通道探测法时,将21通道作为红外辐射探测火情的通道能够得到较好的效果。利用三通道合成法时,火灾区域与周边的地物颜色差异较大,可以快速地发现火情,并估计火情的发展趋势。     

基于MODIS数据的典型能见度条件下大气透过率计算

现有的辐射传输模型仅考虑气溶胶影响下的大气透过率,在能见度低于5km时,会给大气透过率计算带来较大的误差。本文综合考虑影响大气透过率的气溶胶和水汽因素,并利用中光谱分辨率MODIS（moderate resolution imaging spectmradiometer）数据,在特征参数的空间及时间尺度变化均比较大时,对大气透过率进行了定量反演,并进一步建立了整层大气透过率与行星反照率的关系模型,为近地层大气能见度的遥感监测提供了方法。     

利用MODIS资料反演杭州市500米分辨率气溶胶光学厚度

反演城市/区域范围内高空间分辨率的气溶胶光学厚度时,如果气溶胶类型选取的不合理造成的反演误差会很大,甚至超过地表反射率确定误差导致的反演误差。针对这一问题,本文提出了一种结合MODIS L1B资料和AERONET(Aerosol Robotic Network)的气溶胶光学厚度产品,基于6S大气辐射传输模型的计算,确定杭州市在2008年12月16日的气溶胶类型的方法。利用得到的气溶胶类型,结合改进的暗像元法,反演了杭州市500m空间分辨率的气溶胶光学厚度。将气溶胶光学厚度反演结果与采用标准气溶胶类型时的反演结果进行比较,结果表明,本文确定的气溶胶类型更符合杭州市当天的情况,应用到气溶胶光学厚度反演中,精度也最好,相对误差的绝对值在20%以内。     

利用EOS／MODIS资料预测区域冬小麦总产的新方法研究

本文根据当年农作物生长季节内累积植被指数（LNDVI）的平均值之和与农作物产量存在的线性关系，建立了最大植被指数遥感估产模型。并使用2003年-2006年的EOS／MODIS遥感资料和该估产模型，对2003-2004年度、2004-2005年度和2005-2006年度的河北省冬小麦总产进行了估测，其中，前两个年度的估产误差都接近4％。此方法在大范围粮食总产预测中值得借鉴。     

利用 HTCondor 高通量计算框架处理 MODIS 时间序列遥感影像

随着卫星技术进步,越来越多的遥感数据可供各领域科研人员处理与分析。日益增长的数据量也带来了新的挑战：如何高效的处理长时间序列遥感数据。目前,无论从处理效率还是任务规模,现有的计算手段都很难满足当前需求。常用的商业 GIS 软件往往基于单机环境,扩展能力小,而基于主流分布式计算框架的处理方法,往往在功能上有所不足。在本文中,我们提出一种基于 HTCondor 高通量计算环境的 MODIS 时间序列遥感数据处理方法。该方法通过 HTCondor 系统高效管理与调度硬件资源,同时使用 Python 及其丰富的第三方开源库编写核心控制与处理模块。我们将复杂的工作流以有向无环图的方式呈现并一次提交,将成熟的计算环境与灵活的处理模块相结合,易于扩展与重复使用。实验表明系统可以支持大规模、多需求的遥感影像处理工作,部署便捷,可以显著提成处理效率。     

MODIS 地表产品数据的相关算法及处理过程

以MODIS积雪覆盖产品和地表温度产品为例,详细介绍了MODIS 地表产品数据的相关算法、处理过程及产品级别,对MODIS产品的数据结构及数据项的具体含义做了较为详尽的阐述。最后介绍了处理MODIS数据的常用软件,为MODIS地表产品在各领域的应用打下了良好的基础。     

MODIS卫星数据地表反照率反演的简化模式

以内蒙西部地区的MODIS遥感图像数据和地表野外同步观测的光谱数据为例,在野外数据量较少且有定标数据的条件下反演地表反照率。使用6S大气1辐射传输模型进行大气校正,并通过MODTRAN4.0模型获取各波段地表入射光通量和窄波段的地表反照率;在窄波段反照率与宽波段反照率之间存在线性关系的前提下,以各波段的入射光通量占总入射通量的比例作为反演参数,实现窄波段到宽波段的反演。反演结果证明此方法简便可行。     

MODIS数据反演地表温度的参数敏感性分析

在利用MODIS卫星遥感数据进行地表温度反演过程中，有两个基本参数需要确定，即地表比辐射率和大气透过率，尽管采用了比较合理的参数估计方法，但仍会有一些不可避免的因素导致误差的产生。为了进一步研究可能的参数误差对地表温度反演精度的影响，我们对该算法的两个参数进行敏感性分析。结果表明，当31、32两个波段的参数估计都有中等误差时，可能的地表温度误差对大气透过率和地表比辐射率都不敏感，所引起的地表温度误差大约为0．6～0．8℃，算法能够得到较高精度的地表温度反演结果。     

利用MODIS云产品对安徽不同地区云特性的研究

针对不同区域云特性的差异,利用2006—2015年MODIS云产品MYD06_L2,对安徽淮北和江淮地区云相态、云粒子有效半径、云光学厚度和云顶高度发生概率进行统计分析,并对两地区云特性进行对比研究。研究表明,两地区夏季水云发生概率>冰云>晴空>混合相云,秋冬季则水云>晴空>冰云>混合相云。夏季两地区水云粒子有效半径相当,在14μm左右。淮北地区四季冰云粒子有效半径略高,夏季年际变化小,两地区逐年在24μm左右。春冬季江淮地区云光学厚度相对淮北地区较高。夏季冰云和混合相云云顶高度相对较高。研究结果为安徽省不同地区合理科学的规划和开展人工增雨作业提供了一定的理论依据。     

MODIS数据反演地表温度的传感器视角校正研究

提出了MODIS数据传感器视角的计算方法,并分析了视角的变化对大气透过率以及地表温度反演的影响。选取渤海地区一景影像进行实验研究,结果表明MODIS数据边缘的传感器视角可达55.02°,由此引起的大气透过率降低近0.086,引起的地表温度误差最高可达3.64℃。     

基于MODIS地表反射率数据的水体自动提取研究

应用阈值法对遥感图像上的水体目标进行提取时,水陆分割阈值的确定是其难点。以MODIS地表反射率数据为数据源,首先统计大量MODIS地表反射率影像第6波段的水陆分割阈值的范围作为先验阈值范围;然后将历史存档的研究区水体边界矢量叠加到图像上,并且将矢量边界向外扩大一倍,使得扩大后的范围内的水体和陆地面积相当;最后统计扩大后区域的第6波段的灰度直方图,并寻找先验阈值范围内的最小值作为最佳的水陆分割阈值进行水体提取。克服了统计直方图双峰谷值作为分割阈值的传统方法容易受到地物复杂性及噪声影响的难题,使得水陆分割阈值的确定变得更加简单、高效,实现了针对遥感影像上水体目标的自动提取,大大提高了水体提取的效率。     

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。     

利用MODIS监测沙尘暴的影响范围

采用EOS-Terra/MODIS数据对内蒙古的沙尘暴进行监测研究。通过分析沙尘暴的波谱特征和 MODIS 传感器通道的特点,采取基于双通道阈值的叠加分析法对沙尘暴进行提取监测。 结果表明基于双通道阈值的叠加分析法有利于对沙尘暴信息的准确提取,为利用 MODIS 数据进行沙尘暴监测提供了有效手段。     

不同土壤肥力条件下水稻控释氮肥效应及其氮素利用的研究

田间试验在湖南的衡山县和长沙县进行,探讨了不同肥力水平水稻土上水稻控释氮肥对早、晚稻的增产效果和肥料氮利用率.结果表明,在肥力水平较低的水稻土上施用水稻控释氮肥对水稻的增产效果极为显著,应当增加施用量;在肥力水平较高的水稻土上,水稻吸收土壤氮较多,肥料氮的吸收量与增产作用自然减少,应适当减少施用量.不同肥力水平的土壤上水稻控释氮肥较等氮量尿素增产4.4%～16.4%.较无氮区增产13.8%～74.5%.水稻控释氮肥在不同肥力水平土壤中早、晚稻的利用率为69.7%～86.9%,平均比等N量尿素高37.6%,且水稻控释氮素利用率的高低与土壤肥力水平有关.水稻控释氮肥作一次性全量基肥施用,氮素生产效率明显高于尿素,是增产的主要原因.     

藏北那曲地区地面与MODIS反演的地表反照率对比分析

利用藏北高原那曲地区反照率地面观测资料分析了其日内、月均和季节变化特点,在此基础上,与同期的MODIS/Terra反演结果进行了对比分析。结果表明:藏北那曲地区晴天地表反照率日内变化明显,主要表现为早晚高,变幅大,中午低,变幅小的"U"形变化特点。早晨太阳高度角低,反照率高,日内随着太阳高度角的增加反照率逐渐降低,下午14:00~15:00反照率达到日内最小值,之后随着太阳高度角的降低,反照率上升明显。夏季日内最高反照率出现在早晨8:00,其他季节则基本上在下午18:00。太阳高度角同样是影响地表反照率季节性变化的主要原因,两者呈极显著的反相关关系,相关系数为-0.91。冬季平均地表反照率最高,为0.28,其次是春秋两季,均为0.23,夏季最低,为0.19。MODIS/Terra在上午12:00左右过境时反演的地表反照率与地面观测值之间存在很好的一致性,两者平均值都为0.22,相对误差9.60%,绝对误差和均方根误差(RMSE)均为0.02,而在13:00左右过境时,卫星反演值较观测值存在系统性偏小特点,平均偏小14.29%,相对误差为16.45%,绝对误差0.04,均方根误差0.05。此外,MODIS反演的地表反照率比地面观测值日际波动大。若不考虑积雪,冬夏两季地表反照率的空间差异小,而春秋两季空间差异较大,这主要与研究区地面植被类型及其季节性空间分布特征有关。