京津冀冬季气溶胶光学厚度遥感反演

针对传统的暗像元算法难以满足植被稀疏陆表气溶胶遥感监测需求的问题,提出了冬季植被稀疏的京津冀地区气溶胶光学厚度的遥感反演方法。以2016—2018年连续3年1—2月的AQUA/MODIS L1B数据为数据源,采用暗像元算法与深蓝算法结合的方法对冬季京津冀地区的气溶胶光学厚度进行了遥感监测。使用AERONET数据对结果进行了验证,并与MODIS MYD04_L2暗像元-深蓝气溶胶产品进行了对比。结果表明,该算法在冬季京津冀地区的气溶胶监测效果远好于暗像元算法,并与MODIS气溶胶产品表现出了显著的相关性,且有效监测范围更大、空间分辨率更高。根据连续监测结果,分析了京津冀地区冬季气溶胶光学厚度空间分布特征及其影响因素。     

基于深蓝算法的Sentinel-2数据气溶胶光学厚度反演

中高分辨率气溶胶信息对于高精度地表反射率反演以及城市空气环境质量监测具有重大意义,但在城市及稀疏植被等高亮地表区域,气溶胶光学厚度(AOD)的高精度反演一直是定量遥感领域的难点之一。以北京城市区和包头沙漠区为例,利用MODIS地表反射率产品构建先验知识约束条件,基于深蓝算法实现了13景Sentinel-2高亮地表的AOD反演。为验证算法精度,将反演结果与全球气溶胶自动观测网(AERONET)站点实测值、Sentinel-2官方插件Sen2Cor处理结果、Landsat-8反演值作对比。结果表明:①采用深蓝算法反演的AOD值与AERONET实测值具有显著的相关性(R^2>0.9,RMSE=0.056);②无论是沙漠高亮区还是植被较少的城市高亮区,Sen2Cor插件反演的AOD值整景均为固定值,无空间分布,不符合实际情况;③Sentinel-2深蓝算法反演结果与准同步过境的Landsat-8反演的AOD产品在空间分布上具有高度一致性,较好地反映了人类活动特征。相比于目前官方产品,深蓝算法适合Sentinel-2数据高亮区域的气溶胶反演,在绝对精度和空间分布趋势方面均具有明显优势。     

基于MODIS数据的城市气溶胶光学厚度反演方法

遥感的方法为大面积获取气溶胶光学厚度提供了手段。目前使用MODIS(中分辨率成像光谱仪)数据反演气溶胶光学厚度常用的是暗像素方法以及对比法。由于城市地区符合暗像素标准的像素较少,而且城市地区的气溶胶成分复杂,难以确定其具体成分,所以暗像素方法会产生较大误差。根据MODIS第7、3、1波段对气溶胶的不同响应,以三者的反射率为自变量,结合地面实地观测数据,给出了计算北京地区气溶胶光学厚度的计算公式,误差分析表明该方法更适合城市地区。     

基于Himawari-8的气溶胶反演研究

为获取中国区域高时空分辨率、高精度的气溶胶光学厚度（AOD）产品。基于Himawari-8卫星数据和MODIS地表反射率产品,反演了中国区域2018年4月~2019年4月逐10分钟的AOD,该方法可同时对暗像元、亮像元区域进行反演。依托全球气溶胶观测网（AERONET）中国境内的6个观测站数据,对反演结果进行一致性检验,同时将AOD反演结果与Himawari-8官方最新发布的AOD产品（020版）进行对比。结果表明：①红蓝比值法AOD反演结果与AERONET AOD之间相关性很高,除包头站外,其余5个站点的相关系数R在0.728~0.863之间,EE（误差期望）范围内样本点百分比在47.7%~68.6%之间,与Himawari-8 AOD产品相比有很大优势;②红蓝比值法AOD反演结果与AERONET AOD在时间序列走势上基本一致,但在AOD >1时,反演结果较AERONET AOD偏高。Himawari-8 AOD春夏季走势相对于AERONET AOD较为一致,但由于秋冬季Himawari-8 AOD有明显的日变化,且日变化较大,其走势与AERONET AOD偏离较大;③红蓝比值法AOD反演结果与MODIS AOD产品空间分布基本一致,AOD反演结果总体较MODIS AOD略为偏低。在冬季时红蓝比值法反演范围较MOD04_3K AOD的反演范围广;④红蓝比值法AOD在冬春季的北方高反射率地表区域的反演结果精度和反演范围较Himawari-8 AOD产品和MOD04_3K产品有很大优势。     

MATCH对中国地区2006年气溶胶光学厚度分布特征的模拟研究

利用2006年NCEP/NCAR再分析资料驱动大气化学传输模式MATCH （Model of Atmospheric Transport and Chemistry）,模拟了中国地区气溶胶光学厚度的分布及其季节变化特征,并与MODIS（MODerate resolution Imaging Spectro-radiometer）卫星产品MOD08_M3和中国太阳分光观测网CSHNET（the Chinese Sun Hazemeter Network）的观测资料进行了对比和验证。在此基础上,研究得出,2006年中国的华北、华中和华南地区是气溶胶光学厚度的高值区,青藏高原和东北地区是低值区。在中国的华北、华中、华南和西南等大部分地区,硫酸盐气溶胶产生的光学厚度所占的比重较大,其次为有机碳气溶胶,黑碳气溶胶和海盐气溶胶所占比重较小。     

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。     

基于并行计算的气溶胶定量遥感反演模型实现

为了加快气溶胶光学厚度(AOD)反演计算速度,基于SYNTAM串行算法,提出了循环分块划分和聚合通信的策略,利用消息传递模型,在中国气象局的IBM Cluster 1600高性能计算机系统上,并行实现了从MODIS双星(TERRA和AQUA)卫星数据反演AOD。试验结果表明该方法大大减少了计算时间,与地面太阳光度计实测AOD数据进行对比验证,发现所有站点处的AOD反演相对误差小于22%,表明这种并行方法可以满足高精度监测空气质量要求。     

基于船载太阳光度计的中国海域MODIS卫星反演气溶胶光学参数验证

利用2006~2007年中国海洋大学东方红2号科考船在中国黄海和东海海域的POM-01MK2太阳光度计气溶胶光学参数的观测资料,与MODIS反演结果进行比较,给出了光学厚度、| ngstrm指数和粒子有效半径的对比结果。结果表明：两种观测方法得到的气溶胶光学厚度的一致性较好,相关系数（标准差）达0.97（0.08）,73%的对比结果在期望误差（Δτ=±0.03±0.05τ）之内;季节分类对比结果,秋季和春季相关系数（标准差）均为0.97（0.08）;海域分类对比结果,黄海北部海域和黄海南部海域相关系数（标准差）分别为0.98（0.08）和0.76（0.10）。MODIS反演得到的| ngstrm指数偏低,相关系数（标准差）为0.67（0.23）;按季节分类得到,秋季和春季相关系数（标准差）分别为0.71（0.27）和0.62（0.19）;按海域分类得到,黄海北部海域和黄海南部海域相关系数（标准差）分别为0.87（0.07）和0.70（0.30）。粒子有效半径的对比结果偏差和离散度较大,相关系数（标准差）仅为0.31（0.10）。造成这种现象的原因可能是该海域沙尘气溶胶和人类源二次气溶胶浓度较高导致海上气溶胶光学性质同MODIS反演中使用的光学参量有较大差别。     

近10 a全球气溶胶光学厚度变化特征及其可能原因

基于2000年3月~2011年2月中分辨率光谱成像仪(MODIS)3级(Level3)日平均气溶胶光学厚度(AOD)数据分析了全球AOD变化趋势。近10 a来AOD减小的区域主要在欧洲和北美地区,增大的区域主要集中在东南亚、南美南部阿根廷和智利以及非洲东侧塞舌尔群岛附近。西欧和美国AOD夏季减小趋势最明显。亚马逊AOD减小的峰值出现在秋季。南美南部AOD主要在5~9月呈现增大趋势。东亚地区AOD在冬季增大的趋势最明显,增大值最高可达每年0.0036。除了7~9月印度其他月份的AOD都呈现增大趋势,增大的峰值出现在冬季。非洲地区AOD值在冬季和春季有所减小,而夏、秋两季则是增大的。     

利用MODIS遥感监测可吸入颗粒物PM10的研究

为了研究利用卫星遥感方法监测大范围可吸入颗粒物的空间分布,本文在利用MODIS卫星资料反演河北省晴天大气气溶胶光学厚度的基础上,将河北省11个城市地面监测站的可吸入颗粒物PM10浓度值与对应的大气气溶胶光学厚度AOD值作了相关分析,建立了大气气溶胶光学厚度AOD与PM10的关系模型,相关系数为O．5390,达到了O．001以上的显著水平。经多次应用效果检验,平均误差为17％。结果表明,利用晴天AOD与地面PM10质量浓度的关系模型可以有效地监测PM10的空间分布。     

应用MODIS进行赤潮遥感监测的研究进展

赤潮遥感监测是卫星遥感应用的重要领域。发射和应用时间相对较短的MODIS传感器具有相对的光谱分辨率和空间分辨率的优势,使得MODIS在赤潮遥感监测上发挥巨大的作用。分析总结了应用MODIS进行赤潮遥感监测的几种主要方法,并与其它几种主要传感器进行比较,分析了MODIS在赤潮遥感监测中的优势和不足。     

基于光谱曲线特性和波谱角分类的赤潮监测方法

遥感技术已经成为赤潮监测的重要手段之一,目前,国内外已有多项应用遥感技术对赤潮成功监测的实例。现有的监测方法主要依据海水水色图、叶绿素浓度图和海洋表面温度图,但这些专题图在反应赤潮发生情况时都不可避免地存在一些局限性。而基于光谱曲线特性和波谱角分类的赤潮监测方法不但可以对各种不同赤潮监测均有很好的可靠性,同时还具有可以识别赤潮优势种等诸多优点。该文章对这种监测方法的原理和过程进行了详细的阐述,并使用实际数据进行了实验分析。     

国家级森林火险等级预报方法研究

对国家级森林火险等级的定量化预报方法进行了探讨,即:利用MODIS数据反演获得可燃物状态指数;将通过网络获得的全国气象数据和建立的可燃物类型分布、森林火险区划等基础数据库,在ArcGIS平台上数量化后计算背景综合指数,由这两者计算获得火险指数,以火险指数为国家级森林火险等级预报的量化指标,并利用它进行全国森林火险等级的分级,从而实现了全国森林火险等级从定性描述到定量估测。同时,以近几年我国发生的重特大森林火灾为例,对该方法进行了验证。实验表明:该方法可较好地对国家级森林火险等级进行定量化预报。     

2006年荆州市稻飞虱危害的遥感分析及评价

通过2001和2005正常年份NDVI指数时序特征与稻飞虱危害最严重的2006年NDVI指数时序特征的分析比较表明:中稻灌浆期至成熟期的NDVI指数2006年明显低于正常年份,而且这一时期其波谱表现出典型的受病虫害影响后的波谱特征,说明NDVI时序变化能反映中稻稻飞虱危害程度,最后利用此特性将稻飞虱危害程度进行了分类,结果与地面调查相符合,为今后稻飞虱危害程度的评价提供了一种新的方法与手段.     

基于MODIS和TM数据的陆面温度反演

陆地表面温度(LST)反演一直是热红外遥感研究中的一大难题。目前,分辨率较高的Landsat5/TM数据是陆地表面温度(LST)反演的常用遥感信息源。然而,由于TM只有一个热通道,大多数情况下由TM6数据得到的都是星上亮度温度,与实际地表温度有较大差距。普适性单通道算法的提出为从TM6数据高精度地反演地表真实温度提供了可能。为寻找一条从TM6数据高精度反演陆地表面温度的有效途径,利用该算法对北京地区的地表温度进行了反演试验,对该算法必需的总大气水蒸汽含量通过MOD IS数据计算获得。同时利用卫星过境时的同步实测数据对反演精度进行了检验,并与用标准大气数据得到的结果进行了比较。其结果表明,该方法具有较高的反演精度,其rmsd值为1.67℃,显示了多源数据结合的优势。     

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℃。     

基于光谱特征分析的MODIS影像去云算法的研究

去云处理是遥感图像处理的重要步骤,提出了一种新的基于光谱特征分析的MODIS影像去云算法--首先分析云和云影地域的光谱特征,总结出云影响增强模型,计算一定周期内多时相遥感影像中云影响最小的影像的索引矩阵;为了进行图像之间的匹配,选择这些影像数据中云影响最小的一幅影像作为基准图像,对于无云的部分地域,对其余影像进行一元线性回归分析;利用提取的索引矩阵和图像之间的回归模型,通过像元替换方法,可以获得去除或者弱化云影响的图像。为了验证结果的准确性,通过该算法得到的250m空间分辨率的云检测图像与NASA提供的云检测图像进行对比分析,研究结果表明：提出的去云算法能消除或者大大减弱云对MODIS影像的影响。     

基于MODIS产品的区域土壤遥感分类研究——以新疆为例

以新疆维吾尔自治区全境为研究区域,采用中高分辨率MODIS遥感数据和地形数据,在第二次全国土壤普查数据库的支持下,采用自动分类方法,探讨了遥感技术在常规土壤调查工作受限制的干旱地区进行土壤调查的效果和适用性。研究中使用了MODIS地表反射率、植被指数、地表昼夜温度等数据产品,提取了多种图像特征,并结合了DEM生成的地形参数。研究区土壤分类系统在发生学分类的基础上集合遥感信息特征进行了调整,形成了具有26个土壤类型及特殊地表覆被的土壤遥感分类系统。经分类试验,总体精度为70%左右。
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农业干旱遥感监测业务化运行方法研究

研究一种基于MODIS遥感数据的快速且易于实际应用的农业旱情监测方法及其系统实现。监测方法基于植被供水指数的思想,利用NDVI进行植被盖度分级来计算,标准化作物供水指数,再耦合近8旬的综合降水距平指数,由此实现对旱情的监测。在介绍监测方法的同时,又针对应用数据的特点,设计了有效的数据管理系统,为高效管理各种数据而服务。