基于遥感的地表蒸散发研究进展

地表蒸散发是整个生物圈、大气圈和水圈中水分循环和能量传输的重要控制因素。遥感技术的应用使得区域尺度的蒸散发估算成为可能,并在过去的几十年中快速发展。研究对遥感蒸散发估算进行了总结与归纳,在此基础上展望了今后的发展方向,明确指出了遥感蒸散发未来研究的突破点及发展方向。提出未来应加强蒸散发尺度效应、夜间蒸散发、不同蒸散发产品的统一真实性检验、国产卫星数据的使用、更高时空分辨率产品的研发以及机器学习在遥感蒸散发产品中的应用。     

基于TSEB模型的黄河三角洲蒸散量估算

蒸散发作为湿地生态系统中地-气间水热交换的主要方式,很大程度上影响着湿地的水热平衡,合理准确地估算蒸散发量,对湿地生态系统的水分循环、能量平衡以及科学管理具有重要意义。黄河三角洲湿地作为世界上暖温带最广阔、最完整和最年轻的河口湿地生态系统,既是气候变化的敏感区,也是生态环境的脆弱区。针对其地理位置特殊、水资源供需矛盾尖锐等特点,利用SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)和TSEB(Two-Source Energy Balance)模型,对黄河三角洲湿地蒸散发量进行估算:首先利用SEBAL模型计算地表的特征参数和各地表通量,然后利用TSEB模型分离土壤和植被,分别计算黄河三角洲湿地瞬时的土壤蒸发、植被蒸腾和土壤植被总蒸散发量,利用积分关系法进行时间尺度转换,得到日蒸散量。利用气象站实测蒸发值和FAO Penman\|Monteith公式计算的作物系数,对遥感估算结果进行直接和间接精度评价。结果表明反演的蒸散发结果合理,精高较高。分析蒸散的空间分布及不同地表类型的蒸散特性,对比分析芦苇沼泽和芦苇草甸的不同蒸散特点,结果表明基于两模型耦合的方法可用于黄河三角洲湿地蒸散量估算。     

基于TSEB平行模型的黄土丘陵沟壑区蒸散发遥感估算

复杂地形条件下和干旱半干旱植被稀疏条件下的蒸散发遥感估算一直是蒸散发区域遥感估算的难点、热点问题。针对黄土丘陵沟壑区地表起伏、覆被不均一、植被稀疏的特征,选择陕甘交界区为研究区,利用Landsat TM资料求取地表特征参数和地表能量平衡各参量,采用TSEB平行模型反演出该区域的瞬时土壤蒸发、植被蒸腾和土壤-植被总蒸散发量,经过尺度转换,得到日蒸散量;并利用附加阻抗法和FAO Penman-Monteith公式计算实际蒸散发,对TSEB平行模型法遥感估算结果进行了间接精度评价,比较验证结果表明TSEB平行模型法估算的蒸散发结果合理,精高较高。     

应用Landsat数据和SEBAL模型反演区域蒸散发及其参数估算

随着遥感技术的进步,人们发展了多种通过遥感计算区域蒸散发的方法。SEBAL模型是通过遥感反演地面蒸散的典型方法,它以陆面能量平衡为基础,物理意义明确,只利用遥感影像和少量的气象数据（风速、气温）就能反演蒸散量。Landsat数据的波谱信息丰富、空间分辨率高,数据源稳定,是通过遥感技术反演蒸散发的理想数据源。如果能合理地估算SEBAL模型中的基本参数,将会获得较高精度的反演结果,能够满足在水文、生态、林业等研究或应用中的需要,对区域水资源的管理与利用具有重要意义。从SEBAL模型的基本原理出发,分析了利用SEBAL模型采用Landsat的TM/ETM+数据反演区域蒸散发的基本过程,针对TM/ETM+数据特点对模型所需要的基本参数进行估算求解,为SEBAL模型在蒸散量反演中的广泛应用提供了一定的指导。     

基于商空间理论的遥感图像分割

Sankar K.Pal等最近提出了一种基于"粗糙熵"的图像分割算法,主要是按照目标和背景这两大类对图像进行分割,不足之处在于不能满足多类目标提取的需要。为此,基于商空间的粒度分解和粒度合成原理,综合粗糙集和聚类算法对之进行改进。通过对遥感图像进行分割处理,证明了改进后算法的有效性。     

基于商空间理论的遥感图像分割

Sankar K．Pal等最近提出了一种基于“粗糙熵”的图像分割算法，主要是按照目标和背景这两大类对图像进行分割，不足之处在于不能满足多类目标提取的需要。为此，基于商空间的粒度分解和粒度合成原理，综合粗糙集和聚类算法对之进行改进。通过对遥感图像进行分割处理，证明了改进后算法的有效性。     

基于能量平衡的关川河流域蒸散发的遥感反演

蒸散发是水分循环的重要环节, 遥感技术为区域陆面水分蒸散发量估算提供了一种新的手段, 使用TM 数据和能量平衡模式估算流域蒸散发, 并给出了各个参量的遥感获取方法, 解决了由瞬时遥感数据估算全天蒸散发的问题。通过对关川河流域日蒸散发的模拟, 分析了该流域蒸散发的分布规律, 对陆面过程研究有一定的支持和指导意义。     

台湾地区蒸散发的遥感估算与时空分析

在地表能量平衡系统(SEBS)基础上,改进了SEBS的地表动量粗糙度、零平面位移及植被高度等参数化方案,并建立适合台湾地区的气温和地表温度相关性模型,构建了改良的定量遥感蒸散模型SEBS-China。选取台湾地区2002年和2003年4季各一晴空代表日,利用MODIS数据模拟了日均实际蒸散发。模拟结果较实测蒸发皿蒸发量偏小,与实际规律相符。分析模拟结果表明:台湾地区的太阳净辐射量、蒸发比和地表蒸散发量在时间分布上呈现出变化分明的年内分布规律:夏秋季比春冬季高,其中7月最大、1月最小。时间上,2002年4个代表日的模拟值普遍高于2003年的4个代表日。在空间上,高值区位于中部山区,并向东西两侧逐渐降低到沿海地区又略有回升。不同土地覆被类型的平均蒸散发量由大到小依次为森林、草地、水体、裸地、城镇建设用地;各行政区陆面蒸散发分布呈现城市明显低于区县的规律。     

遥感器像移与图像参数的分析建模研究

卫星平台运动会产生恶化像质的像移,像移是影响遥感图像质量的重要因素.针对这种情况,建立了像移和图像参数的关系模型,可通过卫星生成图像的内在特征定量研究卫星成像过程中产生的像移,而不必通过产生像移的卫星平台等因素建立物理模型来研究像移.首先模拟了遥感器在轨成像过程,通过人工制造出影响因素的干扰获得了仿真图像数据,然后定量分析了像移与图像参数之间的相关性,选出了相关性较强且适合建模的图像参数,最后通过对这些图像参数构成的向量的降维得到了反映图像质量的综合参数,并建立了综合参数与像移的关系模型,以通过图像综合参数来计算像移.实验结果表明,这种模型能够很好地反映图像综合指标与像移之间的关系.该研究通过图像参数定量研究像移,为在轨运行卫星的遥感器像移与外景条件下的遥感图像要素的相关建模研究提供了部分技术支持.     

基于PSO优选参数的SVR水质参数遥感反演模型

为进一步提高多光谱图像水质反演的精度,提出了一种基于PSO优选参数的SVR水质参数遥感反演模型.该模型利用高分辨率多光谱遥感SPOT-5数据和水质实地监测数据,采用交叉验证CV(cross validation)估计模型推广误差并使用PSO优选SVR模型参数,实现了模型参数的自动全局优选,在训练好的SVR模型基础之上对水质进行反演.以渭河陕西段为例进行实证研究,实验结果表明,本文提出的水质反演模型较常规的线性回归模型有更高的反演精度,为内陆河流环境遥感监测提供了一种新方法.     

区域遥感蒸散发模型方法研究

遥感技术为大面积区域陆面水分蒸散发量估算提供了一种新的手段,分析了国内外应用较好的遥感监测陆面水分蒸发的几种方法,主要包括地表热量平衡方法、互补相关陆面蒸散发、Penman-Montieth模型和区域蒸散发的气候学方法,并给出了可供参考的地面参数(地面反照率、NDVI、陆面温度等)的遥感获取方法,还阐述了各种方法的特点及彼此之间的联系。     

地表温度遥感中大气平均作用温度估算模型研究

大气平均作用温度Ta是地表温度遥感单窗算法中一个关键的参数,利用2008~2011年全国123个探空站点资料,针对大气水汽量的垂直分布特征,分析了利用近地层气温T0估算大气有效平均温度的可行性;进一步分析了T0和Ta之间的相关性,建立了适合我国地区大气平均温度估算的最佳模型Ta=44.97098+0.80512 T0,模型的决定系数R²为0.859,均方根误差为4.198 K。通过对44幅HJ\|1B/IRS热红外图像地温反演的敏感性分析,结果表明:模型估算的Ta用于地表温度反演时的误差为1.734 K;当大气透射率τ很小时,模型估算的Ta误差对地温反演很敏感,较小的估算误差会给地温反演带来很大的误差;随着大气透射率τ的增加,Ta的估算误差对地温反演的敏感性逐渐降低。
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地表蒸散发遥感产品比较与分析

蒸散发遥感估算与其他定量遥感反演参数相比存在算法复杂,环节多,输入参数多,不确定性来源多等不利因素,因而造成蒸散发遥感产品成熟度较低,产品较少,不能满足高时空分辨率、高精度、实时获取等应用需求的问题.从蒸散发遥感产品角度出发,选择目前国内外较为常用和知名的蒸散发遥感产品,系统分析了各产品的实际蒸散发估算模型方法、阻抗的...     

面向定量遥感研究的遥感模型集成平台设计与实现

介绍了遥感模型集成平台的设计思路,关键技术的实现方法。对定量遥感研究中使用的遥感模型进行集成,使用统一的框架将模型封装并发布,通过集成平台来实现多个模型的统一调用,借助集成平台内置的二次开发语言来实现模型变量的赋值,循环,判断等逻辑操作,将多个模型之间的输入输出自动关联,实现单一模型无法实现的复杂模拟,以辅助开展定量遥感研究工作。最后,在设计开发的集成平台上,开展了一组模拟实验以验证集成平台的正确性。     

一种基于物理机理的高光谱遥感图像真彩色校正模型

针对高光谱遥感影像由于各波段光谱范围窄,难以获得符合人们视觉效果的真彩色合成影像问题,提出一种基于物理机理的高光谱遥感图像真彩色校正模型。该模型充分利用高光谱影像在红、绿、蓝反射区的所有谱段信息,通过插补波段并进行波段加权积分重建真彩色合成图像,进而结合实测地物反射率光谱,利用辐射传输模拟的方式,构建具备普适性的真彩色校正模型。利用航空高光谱遥感影像进行色彩校正实验的结果表明,所构建的真彩色校正模型能够很好地应用于高光谱遥感影像真彩色校正。     

三江源蒸散发遥感估算及其时空分布特征研究

蒸散发是地表水热平衡的基本变量,也是衡量植被生长水分适应性的重要指标。针对三江源地面实测资料匮乏的现状,以MODIS系列产品为主要数据源,通过对地表温度—植被指数特征空间法的改进,在日尺度实现了该地区2011～2019年蒸散发的连续遥感估算,并进一步解析其时空变化特征与影响因子,揭示不同土地覆被类型的蒸散发差异,以期为三江源畜牧业可持续发展与生态环境保护提供支撑。对比分析表明：蒸散发的估算结果达到了现有遥感蒸散发产品的精度要求,可用于分析三江源地区蒸散发的时空变化特征。近9年,三江源蒸散发总体呈现先减少后增加趋势,多年平均值为420.04 mm;受海拔与降水控制,蒸散发空间分布异质性明显,从东南向西北逐渐减少;3 194～4 620 m海拔范围内,蒸散发随海拔高度增加呈单峰型变化,站点尺度年蒸散发与降水量之间的相关系数为0.71。虽然不同土地覆被分类系统下蒸散发的统计结果存在差异,但单位面积蒸散发具有林地>灌丛/灌木林>草地/草甸>裸土地/无植被区的明显特征,像元尺度多年平均蒸散发与植被覆盖度的相关系数高达0.77。     

作者简介: 孙小芳(1973- ) , 女, 博士生, 现主要从事遥感图像处理及应用方面的研究。 Extraction of Green Space in Urban High Resolution Remote Sensing Image

探讨应用高分辨率遥感影像提取城市地区绿地信息。利用自相关函数计算30 个绿地样区, 结果表明在影像位移2 像元时, 自相关系数还能达到0. 95, 从而确定纹理窗口大小为53 5。纹理值计算是在全色影像灰度共生矩阵的基础上, 方向取45°、135°、225°、315°4 个方向的平均值, 计算5 个纹理参数:Mean、variance、homogeneity、contrast、secondmomen t。对全色影像和5 个纹理影像进行多分辨率分割, 对分割所形成的目标根据绿地5 个纹理特征设定阈值, 提取出绿地信息, 通过精度评定正确率达92. 8%。结果表明所采取的方法在高分辨率遥感影像的城市绿地信息的提取上具有很好的应用性。     

Remote Sensing Extraction of Soil Salinity in Yellow River Delta Kenli County based on Feature Space

Soil salinization is an important challenge to achieve sustainable use of land resources. The appropriate method for remote sensing quantitative inversion in the coastal Yellow River Delta region of China can provide technical reference for regional salinization monitoring and prevention. Utilizing Landsat 8 OLI image and field measured data, we extracted key surface characteristic parameters, quantitatively discussed the law and relationship between soil salinity and surface biophysical parameters and established a soil salinity inversion model. The results show that the inversion precisions of Albedo-MSAVI, SI-Albedo and SI-NDVI feature space are 83.4%, 88.8% and 80.6% respectively. The analysis shows the SI-Albedo model is suitable for the inversion of salinization level in Binhai areas. For Albedo-MSAVI and SI-NDVI models, they have certain reference significance for salinization information extraction in inland arid and semi-arid areas. Based on the inversion of the SI-Albedo feature space with the highest accuracy, the level of salinization in Kenli County is generally high-low-high trends from the east to the west, which is consistent with the formation mechanism of salt accumulation in this area.