多时相Landsat影像地表亮温辐射归一化方法

使用多时相遥感数据进行景观变化检测往往要求这些遥感数据能保持辐射一致性,但实际获取遥感数据时由于传感器性能、大阳照度几何和大气状态的变化,多时相遥感数据的辐射一致性无法保持。鉴于多时相遥感数据实际应用时需要实施相对辐射归一化操作,以南京市主城区1992年、1998年、2003年、2007年和2011年5景Landsat TM热红外波段数据为源数据,反算亮温图像并与8个地面气象站采集的实时温度数据建立回归模型,反演地表温度图像,然后采用伪不变特征相对辐射归一化方法和多元变化检测相对辐射归一化方法对5期地表温度数据做归一化处理,分级操作后评价南京市热岛效应的变化特征,最后通过引入统计特征参数均方根误差和变异系数,评价两种相对辐射归一化方法的优劣。结果表明:经过两种归一化方法调整后的数据均有利于对南京市热岛效应的分析;在后续的热岛效应分析中,多元变化检测相对辐射归一化法处理后的影像优于伪不变特征相对辐射归一化处理的影像;多元变化检测归一化法克服了人工选取样本点中存在的主观因素,但其计算相对较复杂。     

AMSR-E亮温监测中国近地表冻融循环算法研究

为更加精细地获取日内地表冻融循环信息,联合使用AMSR-E升轨(13:30)和降轨(1:30)一天两次过境的逐日亮温数据,采用双指标算法,分别判定升轨和降轨过境时刻的地表冻融状态,综合两次过境信息将地表细分为日内完全冻结、日内完全融化、日内冻融循环和日内逆向冻融循环4种类型。经过验证,日内完全冻结地表分类精度达90%,日内完全融化地表和日内冻融循环地表分类精度约为70%。在日内地表冻融循环分类基础上,将年冻融循环周期划分为稳定冻结期、稳定融化期、春季冻融过渡期和秋季冻融过渡期。根据2004年分类结果得出,1月份,日内完全冻结地表和日内完全融化地表大体以秦岭淮河为界,随着温度逐渐升高,日内完全冻结地表南界、日内完全融化地表北界和日内冻融循环地表的南北界从东南向西北移动,温度降低,各边界线从西北向东南移动;稳定冻结期主要出现在1月和2月,稳定融化期出现在7月和8月,春季冻融过渡期是3~5月,秋季冻融过渡期是9~11月。     

AMSR-E与AMSR2被动微波亮温数据交叉定标

长时间序列的对地观测数据集在研究地球环境变化及趋势分析中具有十分重要的意义。而目前的对地观测卫星寿命很少有到数十年或者几十年以上。因而,通过对具有重叠观测并且具有相近配置的传感器之间进行交叉校正获得连续的对地观测数据就显得十分必要。由于不同传感器之间系统配置以及定标过程不同等,即使同时同地的观测值也可能会有一些差异。AMSR\|E和AMSR2具有极其接近的物理配置,为了获得长时间序列的地表参数数据集,选取该传感器2013~2014年一年期18.7 GHz和36.5 GHz陆面观测数据进行对比来确定观测值之间的差异,并建立了针对两传感器在这两个频率之间基于像元观测的线性转换模型。对比发现这两个通道的观测值之间的相关性在0.98以上,两传感器同时同地亮温观测值有2~6 k的差距,这些差异在地表参数反演及长时间序列数据集的建立中应予以关注。
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数学抽象度与抽象关系度

采用布尔矩阵的运算,给出了数学抽象度的代数算法,提出了抽象关系应的新概念并对其进行了研究,进一步发展了数学抽象应分析法理论,同时也给出了抽象关系度的代数算法,最后讨论了抽象物系统中的核。     

AMSR-E亮温同化系统的数据分析方法研究

低频微波卫星观测信号由于其对土壤水分非常敏感,经常被同化到陆面模式来提高土壤水分和其它地表状态变量的模拟和预报。常用的同化算法主要利用统计学,优化理论等数学知识,对改进和理解模型的物理过程意义不大。通过研究发展一个数据分析方法,判断AMSR\|E亮温同化系统土壤水分的预报误差,为将来从物理角度定性分析提供基础。     

东北地区森林积雪的微波辐射亮温模拟分析

微波辐射亮温正向模拟是辐射传输模型反演积雪参数的关键步骤之一。以HUT模型为基础,针对森林冠层微波透过率这一关键的模型输入参数,在东北大小兴安岭典型森林积雪区进行了14个子区域(10km!10km)的地基遥感观测和森林参数取样观测实验,分别利用地基微波辐射计实测和森林材积量回归两种不同参数获取方法,得到实验观测区冬季森林透过率,并模拟了星载微波辐射计探测亮温(TsimuB)。通过对两种参数获取方法模拟亮温的相关性分析,说明在K波段水平极化条件下森林存在体散射效应(相关系数R2≤0.37),而Ka波段双极化和K波段垂直极化条件下,森林存在很弱或无体散射效应(相关系数R2≥0.53)。在此基础上,将TsimuB与FY3C MWRI观测的微波辐射亮温进行了差值比较,以MWRI的定标精度约以2 K为基准,提出了以偏差|Δ|≤3·"=6K为一致性判据准则。在K波段水平极化(H)与垂直极化(V)辐射计模拟的一致性为79%、82%,Ka波段的H和V为43%、50%;材积量模拟亮温的一致性是K波段H和V为57%、86%,Ka波段的H和V均为64%。结果表明:在HUT模型模拟森林积雪系统微波辐射亮度温度时,Ka波段积雪层散射引起的不确定性大于K波段森林散射引起的不确定性。通过数据分析,提出了HUT模型的适用性及东北地区森林—积雪真实性检验场的选址依据。     

海面粗糙度引起的SMOS卫星亮温增益研究

海表面亮温是决定海表面盐度反演精度的关键因素。针对海表面粗糙度对海表面亮温增益的影响问题,修正了SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)卫星亮温粗糙度模型。从SMOS卫星半经验半理论模型入手,利用2014年7月8日西北太平洋区域SMOS卫星L1C数据、L2级盐度产品数据、HY-2A(海洋二号)卫星SWH(有效波高)、U10(海面10m处风矢量)数据、Argo实测海表面盐度和海表面温度数据,使用非线性拟合、P检验和BP神经网络模型等方法,对平静海面亮温和海面粗糙度引起的亮温增益模型进行了算法修正。通过与Argo实测海表面盐度对比,评价了模型修正效果。模型修正后的水平极化亮温和垂直极化亮温反演出的海表面盐度的相对误差分别为0.005和0.004,优于模型修正前。     

MWRI与AMSR-亮温数据在极地冰盖区的对比分析

作为我国第一个星载微波遥感仪器,搭载在FY\|3B上的微波成像仪(MWRI)的数据质量和应用前景引起了广大科研工作者的普遍关注。为充分了解该传感器的数据质量,采用星星交叉对比的方法,以极地为研究区域,AMSR\|E亮温数据作为对比值,开展针对MWRI的亮温数据处理和评价等工作。研究结果表明:MWRI与AMSR\|E对极地区域的观测数据基本一致,整体趋势略偏小1.64 K;亮温差异随目标亮温的变化而变化,偏差值与亮温值呈正相关;不同通道比较,10 v和36 v对比结果最差,偏差绝对值和均方根误差均超过3 K;10、18和23 h通道对比结果最好,平均偏差绝对值小于0.8 K,均方根误差小于1.4 K,小于3 K的误差比例在98%以上;从线性回归分析所得斜率、截距、可决系数和均方根误差值显示,两者点对点数据值存在一定的偏差,但在数值整体趋势上具有明显的一致性,H极化比V极化对比结果更好;不同间隔的观测时次结果表明,间隔时间越长,V极化的对比差异越大。     

城市建筑材质—地表温度关系的多源遥感研究

利用PROBA CHRIS遥感影像对北京城市建筑材质和自然地表进行基于光谱先验知识的分层分类提取,并与Landsat5 TM热红外数据反演得到的北京城市地表温度叠加,采用统计学方法定量分析了主要建筑材质、自然地类与地表温度的关系,并重点就不同建筑材质对城市热岛的影响及其表面特性所起作用进行了分析。结果表明：北京城区中的砖瓦房表面温度最高,比其他材质高0.3K~4.0K,比自然地类高5.1K~7.8K;金属结构表面温度略低;混凝土、水泥和沥青的平均温度相当,他们是城市热环境异常的主要来源之一;另外,城市中的玻璃幕墙能够有效地降低其表面温度,比其它材质低3.3K~4.0K。反照率、热惯量和热传导性是建筑材质影响城市地表温度的3个重要表面特性,对于不同材质,它们存在较大差异。     

中小城市地表温度变化与下垫面关系

针对中小城市地表温度变化与下垫面的关系问题,以合肥市城区和六安市金安区为例,基于Landsat-8热红外卫星影像数据,采用大气校正法反演研究区地表温度。对其进行归一化处理后,利用密度分割技术分析研究区城市热场空间格局,以城市热岛比例指数评价了研究区热岛效应,得到热岛效应强度分布情况,并结合地理国情数据,采用数理统计和空间统计相结合的方法,在水体、植被、不透水面3种不同下垫地表覆盖面积比例与地表温度之间建立关联,进而得出城市下垫面布局对热环境的贡献。结果发现,对于中小城市而言,在城市发展的进程中,若能保持区域内植被覆盖面积高占比,即使不透水面的面积占比有所增加,人类活动区域加大,也不一定会导致城市热岛现象的加剧。     

L波段微波辐射计冷空定标源亮温分析

欧空局SMOS任务的塔克拉玛干沙漠地面定标实验,采用L波段微波辐射计测量塔克拉玛干沙漠的土壤亮温。此辐射计的定标采用冷空作为低温定标源。由于冷空的情况比较复杂,在L波段,其亮温受到诸多因素的影响。根据日地关系、太阳与天线的位置关系,建立太阳辐射模型,得出了任意时刻太阳进入天线视场范围内的影响亮温值,并简要分析了月球、其它星球、中性氢原子分立谱发射和热源连续谱发射对辐射亮温的影响,为选取冷空作为低温定标源提供了理论及数据参考。     

基于POV-ray的行播作物方向亮温仿真研究

利用POV-ray光线追踪方法,对植被真实结构模型（CLAMP）生成的复杂行播场景下的方向亮温（DBT）进行快速演算,并针对CLAMP模型中集聚指数,平均叶倾角和叶面积指数,对冠层方向亮温的影响做敏感性分析,得到在不同参数输入条件下DBT的一些规律。结果表明,集聚指数可以有效地控制叶片在空间的分布情况,对于DBT的结果有较大影响;平均叶倾角对DBT的各向异性特征影响明显;叶面积指数是表征作物生长阶段的关键参数,对DBT的影响很大。     

AMSR-E亮温数据与MODIS陆表分类产品结合反演全球陆表温度

AMSR-E被动微波传感器获取的亮温数据与MODIS陆表分类产品(MOD12)相结合,将全球陆表分为16类,并假设每种类型的地表在各个被动微波通道具有较一致的发射率,在此基础上针对每种陆表类型分别建立了陆表温度反演算法。在算法的建立过程中,为了避免混合像元以及冻土、积雪发射率不确定性带来的影响,仅对单一地表类型占90%以上以及MODIS陆表温度产品高于273K的被动微波像元进行回归。同时,考虑到降雨对回归结果的影响,在数据选择中加入了降雨判识,在被动微波亮温数据中除去了降雨像元。利用上述算法,用2004年1～10月的全球部分地区AMSR-E数据在MODIS陆表分类产品的基础上对每种地表类型分别进行了陆表温度反演,并与MODIS陆表温度产品进行对比,结果显示相关性较好,均方根误差为2～4 K。     

基于多角度微波辐射亮温数据反演冬小麦光学厚度

基于高级积分方程模型(Advanced Integrated Emission Model,AIEM),构建了包含宽范围土壤参数的C波段(6.925GHz)多角度裸露土壤发射率模拟数据库,利用该模拟数据分析了不同观测角度的裸露土壤发射率极化差之间的关系。在此基础上,结合ω-τ零阶辐射传输模型发展了C波段低矮植被光学厚度反演算法,并利用地基微波辐射计观测数据开展了冬小麦的光学厚度反演。结果显示,冬小麦光学厚度反演结果与实测冬小麦LAI在变化趋势上具有较好的一致性,反演算法具有一定的可行性。     

城市景观设计与城市历史发展关系

旧城区中的街道、风貌建筑往往具有不可恢复性,而且他们也反映了城市历史的文化与地域人文精神。对旧城区的改造,满足了人们对城市新功能的需要。有效果、完美、经济地解决景观设计的历史问题,是现代设计师必须认真研究考虑的问题。     

SMOS卫星海表面亮温数据与海表面盐度数据的相关性研究

海表面亮温是反演海表面盐度的关键。从不同海表面亮温参数与海表面盐度的关系入手,利用2014年7月8日西北太平洋区域SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)卫星L1C数据和Argo实测盐度数据,使用数据拟合、显著性检验、偏相关分析和广义相加模型等方法,分析了海表面盐度SSS(Sea Surface Salinity)与SMOS卫星不同极化方式和不同入射角亮温参数的相互关系,并得到以下结论:水平极化亮温、垂直极化亮温、第一斯托克斯参数和第二斯托克斯参数4种亮温参数与入射角具有较强的相关性,水平极化亮温、第一斯托克斯参数与海表面盐度相关性较好,其中12.5°第一斯托克斯参数为反演海表面盐度的最佳亮温参数。     

从SSM/I亮温反演海洋上大气可降水量

利用日本NASDA提供的SSM/I和相应的海岛气象探空资料,对几种有代表性的SSM/I反演大气可降水量算式的反演结果进行了比较分析。结果表明,目前业务反演采用的算式过高地估计了低大气可降水量,而对于高大气可降水量(>4.5g/cm2)又过低地估计了;对反演值进行一个三次多项式订正,从总体上并不改善反演效果。针对以上问题,提出一个改进的混合分段反演算式。     

一种基于雪粒径演化过程的积雪亮温模拟新方法

本研究采用HUT模型、DMRT模型和MEMLS模型模拟积雪雪粒子与不同波段（18.7 GHz和36.5 GHz）微波相互作用（吸收和消光）,并用于辐射传输模型。而雪粒径的获取一直是一个难点,本研究由Jordan91雪粒径演化模型演化得到雪粒径,并将其作为辐射传输模型的输入参数,基于像元内实测数据进行混合像元18.7和36.5 GHz水平极化亮温模拟。结果表明：采用HUT模型、DMRT模型和MEMLS模型的消光系数在18.7 GHz时模拟亮温的偏差分别为-3.6、-1.8和-0.7 K,在36.5 GHz时分别为4.0、10.4和14.4 K。对于18.7 GHz水平极化和36.5 GHz水平极化,基于有效雪粒径的亮温模拟与基于雪粒径演化过程的亮温模拟精度呈现出很好的线性关系。因此,基于雪粒径演化过程的方法是一种合适的获取辐射传输模型中雪粒径参数的方法。     

融入关系形式化概念的端到端三元组抽取

三元组抽取是知识学习、图谱构建的基础性工作。针对当前任务模型多存在实体识别与关系抽取语义关联不强、实体嵌套、关系重叠,以及既有概念知识关注不多等问题,融合形式化概念与神经网络模型,提出一种基于关系形式化概念的端到端三元组抽取方法。提出关系形式化概念标签,以统一实体与关系的语义表达,把实体识别问题转换为概念标签学习问题;将实体输入到关系形式化概念注意力模型,该注意力机制力图捕获关系主客体概念的连通内涵特征,即训练获得每个关系标签对应的主客体及它们上下文依存谓词的综合特征;通过多个关系分类器输出每对主客体的多关系标签,实现基于概念连通的多关系抽取;另外模型还可引入既有形式化概念的外延、内涵,以改善模型对语料标签的依赖,以及实体嵌套导致的标记难题。实验基于两份数据集,采用三种评价指标对模型性能进行评价分析。实验结果证明提出的模型在知识抽取上具有切实可行的效果,可改善实体嵌入、关系重叠问题。     

不同介电常数模型的平静海表面亮温仿真差异性分析

利用介电常数模型仿真平静海表面亮温是海洋盐度遥感反演的基础工作之一。利用Matlab软件对K-S模型、M-W模型和Bl模型3种介电常数模型进行了仿真。首先分析了3种介电常数的实部和虚部值随电磁波入射角变化的差异性,然后通过介电常数模型获得的3种平静海表面亮温,分析了在盐度为30～40psu以及不同入射角的情况下,3种介电常数模型得到的平静海表面亮温和盐度变化率的关系。研究结果表明,在L频段(1.4～1.427GHz),3种模型的差异主要体现在实部,K-S模型介电常数实部值相对于其他2个模型更高,电磁波衰减程度基本一致;在入射角为55°时,亮温与盐度的变化率差异最明显,3种模型的垂直极化亮温的变化率比水平极化亮温高30%左右。