多源遥感的中国NO2浓度在时空上的对比

鉴于研究NO2柱浓度的长时间变化趋势时,不同卫星数据之间是否存在一致性非常重要,且不同卫星数据在不同空间尺度和季节上的对比研究较少,对比了GOME、SCIAMACHY、GOME-2和OMI反演的中国地区对流层NO2柱浓度在栅格尺度、省尺度、区域尺度和4个季节间的差异。结果表明,不同传感器的对流层NO2柱浓度在不同空间尺度和不同季节间具有良好的一致性,但是也有差别。NO2柱浓度平均值在省尺度上最大,区域尺度次之,栅格尺度上最小。SCIAMACHY反演的NO2柱浓度值低于GOME,高于GOME-2A和OMI,平均NO2柱浓度的最大差异出现在冬季,最大差异为SCIAMACHY比GOME、GOME-2A和OMI分别高-10.16%、17.51%和72.8%。GOME-2A和GOME-2B对流层NO2柱浓度均高于OMI,平均NO2柱浓度较大差异在春季和夏季,GOME-2A和GOME-2B分别比OMI高48.5%和41.55%。最后,卫星NO2柱浓度和地面NO2浓度验证结果表明,OMI数据和地面NO2浓度拟合的R2（0.72）大于GOME-2A数据与地面数据拟合的R2（0.6）。     

利用GOME-2卫星数据反演对流层臭氧

基于GOME-2level 1B数据利用最优估计反演算法获得了GOME-2臭氧廓线产品,分析了GOME-2对流层臭氧反演产品的误差和信息量等特征,并对比验证了紫外光谱仪GOME-2与热红外光谱仪TES反演的对流层臭氧柱总量及其敏感性。结果表明:GOME-2对流层臭氧柱总量反演随机误差在10%以内;GOME-2相对TES的对流层臭氧柱总量偏小5%~20%;晴空下GOME-2对流层臭氧反演的敏感性随高度增加而上升,接近TES的敏感性垂直分布;在有云条件下,GOME-2和TES的云下部分信号都被屏蔽,在云顶之上GOME-2臭氧反演敏感性明显高于热红外仪器TES。     

简化紫外辐射模型在基于OMI卫星传感器数据反演西太平洋海面紫外辐射中的应用

将简化紫外辐射传输模型应用于OMI卫星传感器数据,研究西太平洋地区B波段(UVB)的紫外辐射,其中卫星数据取自OMI传感器中L2级数据,地面实测数据取自加拿大全球紫外辐射中心(WOUDC)。将模型反演的UVB辐射数据与位于西北太平洋的两个典型站位实测数据进行了比较,结果显示卫星反演的UVB数据与地面实测数据具有很好的一致性,表明该简化的紫外辐射传输模型在基于OMI卫星传感器数据反演西太平洋地区的UVB辐射时具有良好的适用性。利用卫星反演的UVB数据,研究了西太平洋地区UVB辐射的时间及空间变化规律,这些变化规律与已有的观测结果一致。     

中国区域CO_2多年时空变化的卫星遥感分析

为了更充分地了解CO_2地面源和汇的分布特征,利用中国区域地面观测数据和AIRS反演的2003年1月~2012年12月CO_2三级产品分析了中国地区对流层CO_2浓度在不同季节的时空分布及多年变化特征。结果表明:1AIRS反演的CO_2产品与地面观测数据具有较好的一致性,相关系数0.85以上,月平均值偏差在3ppmv以内。CO_2随时间均呈增长趋势,两者呈现一致的季节波动性,卫星反演结果略有滞后。GOSAT反演CO_2比AIRS偏低,两者的相关性较低;2CO_2浓度呈现北高西南低的分布规律,多年月平均增长率为0.177。北方地区的CO_2增长率大于南方,东部的CO_2增长率大于西部;3CO_2浓度整体在春季呈现增长趋势,秋季呈现减小趋势。春季CO_2浓度较高主要出现在东北地区、内蒙古和新疆,多年平均浓度达到389ppmv以上,相应地这些地区在春季和夏季CO_2浓度年增加量达到2ppmv以上。秋季CO_2浓度在内蒙古和西南地区减小趋势明显。     

FY-2E地面太阳辐射反演及数据集评估

针对FY-2E地面入射太阳辐射反演精度不够精确的问题,提出使用ERA-Interim再分析资料的臭氧、大气可降水、地面气压等数据替换反演算法中气候态平均大气场,通过利用中国地区(2009—2014年)91个站点的地面观测数据验证和评估新旧数据集产品(SWDN-1.0和SWDN-2.0),并与CERES卫星反演SYN1deg产品和ERA-Interim再分析地面入射太阳辐射资料进行比较分析。结果表明:CERES卫星反演产品与观测最接近,FY-2E卫星反演产品次之,ERA-Interim地面入射太阳辐射产品误差最大;FY-2E卫星反演的2套产品,SWDN-2.0相比于SWDN-1.0有较大改进;4套数据产品在中国不同区域效果有明显差异,西部最好、南部最差,辐射反演算法还有待改进;从地面入射太阳辐射的多年平均值分析,4套数据产品之间有较好的一致性,FY-2E卫星反演地面入射太阳辐射数据集产品空间分辨更高,细节更清晰。     

星载NO_(2)探测发展及对流层柱浓度产品精度分析北大核心CSCD

NO_(2)作为大气中重要的痕量气体之一,是衡量大气污染状况的重要风向标。与传统地基观测相比,星载传感器能够提供大范围、长时间序列的观测资料,利用遥感卫星数据反演获取对流层NO_(2)浓度已成为近些年研究的热点之一。首先介绍了国内外星载紫外高光谱传感器的发展。然后从原理方面对国际上通用的对流层NO_(2)垂直柱浓度反演算法进行阐述。之后介绍了各官方对流层NO_(2)柱浓度产品的反演流程及产品精度,并比较了各产品DOAS算法的区别。可见,由于传感器所获取数据的时间、空间、光谱分辨率越来越高,NO_(2)柱浓度产品的反演模型及算法的选择更加合理,因此NO_(2)产品精度也更高。     

多源地面短波辐射数据融合与评估

为了提高对基于静止卫星FY-2G可见光通道数据反演地面入射太阳辐射产品的精度,使其与Hybrid模型计算得到的站点地面入射辐射数据进行STMAS方法融合,然后利用中国地区(2015年)91个站点的地面观测数据验证和评估融合前后产品(SWDN和SWDN-MERGE),并与CERES卫星反演SYN1deg产品和ERA-Interim再分析地面入射太阳辐射资料进行比较分析。结果表明:(1)CERES卫星反演产品与观测最接近,FY-2G卫星反演产品次之,ERA-Interim地面入射太阳辐射产品误差最大;(2)FY-2G卫星反演的两套产品,SWDN-MERGE相比于SWDN有较大改进;(3)从地面入射太阳辐射2015年年平均值分析,4套数据产品之间有较好的一致性,FY-2G卫星反演地面入射太阳辐射数据产品空间分辨更高,细节更清晰。以上分析结果可为4套数据产品的订正及其在中国地区的应用提供依据。     

贝加尔湖地区2003年-2005年间CO时空动态的遥感分析

主要基于搭载在Envisat卫星上的SCIAMACHY传感器反演的2003年-2005年间CO柱浓度数据产品,并结合生物质燃烧和土壤等辅助数据对贝加尔湖区域上空CO时空分布特征及其来源进行了分析,发现贝加尔湖区域2003年到2005年间的CO年均值浓度为2.28×10^18molecule.cm^-2,远高于欧亚大陆的本底浓度1.6×10^18molecule.cm^-2;CO浓度具有明显的季节波动,2003年的3月高达2.92×10^18molecule.cm^-2;CO的月均值变化和生物质燃烧具有很强的相关性,贝加尔湖地区4个大城市中赤塔（Chita）的年均值浓度是最高的;各土壤类型上空CO月均值季节变化显著,其中薄层栗钙土（Kh24-2b）类型土壤的振幅达2.91×10^18molecule.cm^-2。     

基于本底与卫星资料的全球CH4浓度变化与时空特征研究

利用大气制图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)获得的2003年到2009年7年间的全球CH4浓度产品,与全球本底观测数据进行长时间序列的对比验证。研究显示,SCIAMACHY的CH4浓度产品误差约为2%,但数据系统性偏低,相关性较差。相比本底观测方法,SCIAMACHY获得了大范围的长时间序列的CH4数据,能够在一定程度上反映全球CH4的浓度变化与时空特征。卫星与本底观测资料显示,2003年至2006年4年间,全球CH4浓度年增长率接近于零;从2007年开始,CH4浓度增长速度有所提高。CH4浓度随着纬度从北到南逐渐降低,海洋地区纬度分布特征明显,而陆地区域由于受到排放源及海拔变化等因素的影响,在空间分布上表现出一些高值与低值区域。受CH4源汇变化的影响,大气CH4浓度呈现出明显的季节变化特征,并存在明显的南北纬度差异。北半球的CH4浓度在夏季最低,冬季最高,而南半球刚好相反。北半球季节波动幅度明显大于南半球,且不同站点的波动幅度差异较大;而南半球站点的波动幅度较小且站点间差异较小。     

基于OMI卫星遥感评估2015年阅兵期间华北地区SO_2和NO_2减排成效

基于卫星观测具有实时大范围的优势,利用OMI传感器观测数据得到阅兵期间(8.1~9.20)华北地区边界层SO_2柱浓度和对流层NO_2垂直柱浓度,分析2015年减排前(8.1~8.19)、周边减排(8.20~8.27)、全面减排(8.28~9.3)、减排后(9.4~9.20)的SO_2、NO_2浓度变化情况,以及相比于前3年同期分布的变化,评价了阅兵期间北京及周边7省区市联防联控减排措施的效果。研究发现:2015年华北地区SO_2、NO_2浓度均在全面减排期间达到最低值,与前三年同期相比,全面减排期间京津冀地区SO2浓度下降46%,NO_2浓度下降18%;外围地区SO_2浓度下降37%,NO_2浓度下降10%。减排措施取消后,与前三年同期相比,京津冀地区SO2浓度回升到前三年的水平,NO_2浓度增加19%,表明华北地区联动减排措施有效降低了SO_2、NO_2的浓度。卫星凭借实时、大范围的优势,可有效监测污染物的时空分布,为减排措施的制定与评估提供有力的依据。     

基于OMI卫星遥感评估2015年阅兵期间华北地区SO_2和NO_2减排成效

基于卫星观测具有实时大范围的优势,利用OMI传感器观测数据得到阅兵期间(8.1~9.20)华北地区边界层SO_2柱浓度和对流层NO_2垂直柱浓度,分析2015年减排前(8.1~8.19)、周边减排(8.20~8.27)、全面减排(8.28~9.3)、减排后(9.4~9.20)的SO_2、NO_2浓度变化情况,以及相比于前3年同期分布的变化,评价了阅兵期间北京及周边7省区市联防联控减排措施的效果。研究发现:2015年华北地区SO_2、NO_2浓度均在全面减排期间达到最低值,与前三年同期相比,全面减排期间京津冀地区SO2浓度下降46%,NO_2浓度下降18%;外围地区SO_2浓度下降37%,NO_2浓度下降10%。减排措施取消后,与前三年同期相比,京津冀地区SO2浓度回升到前三年的水平,NO_2浓度增加19%,表明华北地区联动减排措施有效降低了SO_2、NO_2的浓度。卫星凭借实时、大范围的优势,可有效监测污染物的时空分布,为减排措施的制定与评估提供有力的依据。     

基于OMI数据的兰州及附近地区大气边界层SO2量值变化初步分析

环境遥感是遥感技术应用的重要领域。随着高光谱遥感技术和定量遥感理论的发展,利用OMI、MODIS等数据开展大气SO²分布的研究得到关注。OMI是新一代大气成分探测传感器,其痕量数据产品OMSO²在反演大气SO²量值中有较好的效果。选取2005年2、5、8、11月及2005~2008年各年2月每日的OMI Level-2痕量数据,采用遥感和GIS方法,对兰州及附近地区大气边界层SO²空间分布、季节变化和冬季年际变化进行了分析。结果表明:研究区内SO²量值呈离散面状分布,兰州-白银、金昌是两个明显的高值区;冬季SO²量值明显高于其他季节,年际变化波动比较明显。研究表明,利用OMI Level\|2痕量数据产品,能够对较大尺度范围人类活动排放SO²状况进行检测和评估。     

基于OMI数据的天水地区对流层HCHO垂直柱浓度变化研究

近年来,随着大气环境问题研究的深入,大气甲醛(HCHO)作为光化学烟雾的前体物以及致癌物已经引起了人们的关注。通过区域监测,了解其时空分布及其在大气中的动态变化,对城市空气质量的安全预警具有重要意义。研究利用AURE卫星上搭载的OMI(Ozone Monitoring Instrument)新一代大气探测传感器,解译了天水地区2005~2014年对流层痕量气体HCHO垂直柱浓度的反演数据,并经VISON、GIS等软件联合对该产品处理,探究了天水地区的HCHO的空间分布、时间变化特征及其影响因素。结果表明:研究区内对流层HCHO垂直柱浓度在2005~2012年呈现持续增长趋势,由2005年的5.06×10~(15) molec/cm~2增长至2012年的22.25×10~(15)molec/cm~2,2012~2014年表现出显著下降趋势,由2012年最高值下降至2014年的9.74×10~(15) molec/cm~2;冬、夏两季HCHO垂直柱浓度明显高于春、秋两季,其中夏季最高,冬季次之;研究区东部与陕西相邻地区及甘谷县、武山县部分地区呈现明显高值,而天水中部区域HCHO垂直柱浓度较低,而2014年表现为研究区内HCHO浓度值普遍较高。研究表明,遥感监测对于大尺度长时间大区域大气环境监测提供了新的视角。     

基于CHRIS/PROBA数据和地面实测光谱的三峡库区水体叶绿素a浓度反演研究

使用欧空局2001年发射的小卫星PROBA所获取的CHRIS数据,结合卫星过境时的准实时地面试验数据分析,提出了一种新的半经验模型用于反演三峡库区的叶绿素a.反演的最大误差为33%,最小误差8%,平均误差22%,均在预计的范围内.考虑到实验数据与卫星过境具有6-7天的时延,可基本认为反演结果与实测值符合,并反映了叶绿素a的全局分布,反演精度满足实用要求.     

SMAP L2多尺度土壤水分数据与ISMN实测数据的差异特征研究

SMAP卫星的二级（L2）土壤水分数据是直接反演结果,能够从模型、算法、参数等多方面体现其对土壤水分反演的综合能力。在这一级别下,SMAP设计了包括L2＿SM＿P(36km)、L2＿SM＿P＿E(9 km)和L2＿SM＿SP(3 km和1 km)在内的多种尺度的土壤水分数据,能满足不同的实验和应用需求。以ISMN地面实测土壤水分数据作为对比参照,以偏差（Bias）、均方根误差（RMSE）、无偏均方根误差（ubRMSE）和相关系数（R）作为分析指标,分析了SMAP L2土壤水分数据和ISMN实测数据间的差异表现。结果显示：在不同静态条件下（气候类型、土壤性质和植被类型）,植被对差异的影响最大,土壤性质的影响最小;在不同动态条件下（土壤水分、植被光学厚度和地表温度）,植被光学厚度和土壤水分对差异影响较大,地表温度的影响较小;在4种SMAP L2土壤水分数据中,9 km数据与ISMN实测数据的差异最小,其次是36、3、1 km尺度的数据;结合静态条件和动态条件来看,36 km和9 km尺度的数据与ISMN实测数据的差异情况类似,3 km和1 km数据差异情况类似。     

基于分组分裂窗算法的MTSAT-1R地表温度反演

以黑河流域上游和中游为研究区,针对MTSAT-1R卫星数据,运用MODTRAN 4.0及晴空状态下的TIGR大气廓线数据,发展了根据地表比辐射率、大气水汽含量、传感器观测角度分组模拟的分裂窗算法,进行地表温度反演。分析了传感器噪声、地表比辐射率和大气水汽含量3个参数对该算法的影响,并结合模拟数据、地面观测数据及MODIS地表温度产品,对反演结果进行分析评价。结果表明:当传感器垂直观测或大气水汽含量小于2.5g/cm2时,反演精度在1K以内;反演结果与地面观测数据对比差异较小,在阿柔站RMSE为3.7 K(日)/1.4 K(夜),在盈科站RMSE为2.4K(日)/2.0K(夜);与MODIS地表温度产品比较,空间分布呈现出一致性。总之,分组分裂窗算法能较好地用于MTSAT-1R卫星数据进行地表温度反演。     

基于Sentinel-3A的北部湾海域叶绿素a浓度遥感反演研究

以北部湾为研究对象,基于Sentinel-3A卫星搭载的OCLI水色传感器,探索了叶绿素浓度的遥感反演方法。通过利用实测光谱数据对北部湾海域进行了分区,结合实测的叶绿素a浓度和Sentinel-3A遥感数据尝试不同的反演因子,包括波段比值、波段差值和波段差比,构建了叶绿素a浓度的遥感反演模型。研究结果表明：(1)北部湾海域的遥感反射率曲线呈现明显的分区的特征,结合光谱特征将北部湾海域分为近岸水体、过渡水体和离岸水体;(2)不同水体类型适用不同的反演因子构建模型,其中R_rs(764.375)/R_rs(681.25)用于近岸水体,[1/R_rs(620)-1/R_rs(708.75)]/R_rs(753.75)用于过渡水体,R_rs(708.75)-R_rs(764.375)用于离岸水体,均取得了较好的拟合效果,相应的R2值分别为0.67、0.80和0.8;(3)分区的方法有效的提高了遥感反演北部湾叶绿素浓度模型的适用性和精度。研究基于Sentin...     

几种卫星反演土壤湿度在中国地区的对比分析

鉴于土壤湿度是气象学、气候学研究领域中的重要环境因子和过程参数,目前对于各种卫星土壤湿度产品在中国地区的精度验证研究较少。该文在中国地区对ASCAT、SMOS、FY 3种全球范围卫星反演土壤湿度产品进行时空对比,评价三者一致性,并使用站点观测资料(土壤湿度、降水量)对其反演产品进行检验。结果表明,中国区域内ASCAT、SMOS、FY反演土壤湿度空间分布较为一致,但与ASCAT、SMOS相比,FY卫星产品的大值区域分布与另外2种有所不同;与站点土壤湿度数据相比,ASCAT卫星产品在各个地区表现一致,与地面数据相关性较好,SMOS和FY卫星产品在一些区域表现较差;与降水量数据相比,3种土壤湿度产品与降水量的变化趋势较为一致,FY卫星产品在一些地区的一些时间段与其他2种卫星产品数据表现出较大的偏差。     

遥感监测2005~2015年中国NO2时空特征及分析影响因素

基于OMI对流层NO²柱浓度产品研究了2005~2015年中国及各省(市、区)NO²时空变化及影响因素:①中国对流层NO²柱浓度2005~2009年波动较小,2010~2011年升幅较大,2012年较2011年有所下降,2013年与2012年持平,2014、2015年持续大幅下降;②中国NO²高浓度分布面积11年来变化显著,五级高浓度分布面积2005~2011年呈显著上升趋势,2011年面积最大为37.2万km²;2011~2013年波动较小;2014~2015年呈直线下降趋势,2015年降低到6.1万km²;③上海、天津两市对流层NO²柱浓度处于五级高浓度水平,其中上海是中国浓度最高的城市,山东是中国浓度最高的省;④对流层NO²柱浓度的变化与第二产业生产总值相关性很大,需要调整优化产业结构降低第二产业比重才能得到改善;长期依赖燃煤高污染的能源结构也是导致NO²浓度居高不下的一个重要原因,亟需开发新能源以替代煤燃料等各种办法;机动车保有量快速增加,汽车标准及油品跟不上国际发展水平,导致NO²排放量大增。     

基于HJ-1卫星CCD数据的厦门海域叶绿素a浓度反演

针对HJ-1A/B卫星CCD数据,建立适合于厦门海域的叶绿素a浓度反演模型,将为持续监测该海域的赤潮提供时间序列的叶绿素a浓度数据。基于2013年7月31日厦门海域水体实测光谱与叶绿素a浓度同步测量数据,及HJ\|1B卫星CCD2光谱响应函数,对各波段遥感反射率与叶绿素a浓度的相关性进行比较,证实蓝、绿波段比值与叶绿素a浓度相关性最高。对OC3模型在内的5种模型的反演结果和实测叶绿素a浓度做相关性分析,发现各模型相关系数均达到0.7以上。利用2013年7月30日实测数据对同期厦门海域HJ-1B卫星CCD2数据叶绿素a浓度反演结果进行精度验证,结果表明本地化的10指数模型在反演叶绿素a浓度动态范围较大的区域具有更高的精度。