针对NPP VIIRS数据的云检测方法研究

为了获得新型红外成像辐射仪套件(Visible Infrared Imager Radiometer Suite, VIIRS)传感器准确的云掩码数据,克服当前VIIRS云检测算法在中国区域存在的部分缺陷.本研究通过分析当前较为成熟的中分辨率光谱成像仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)云掩码算法,结合VIIRS传感器的波段特性,提出了适合中国区域的云检测算法.针对1.38μm高(卷)云检测算法在高海拔区域存在的限制,本研究使用亮温进行辅助检测,降低因低水汽含量造成的误报;针对当前VIIRS M12-M13云检测阈值在我国存在误报的问题,对M12-M13差值云检测在我国适用范围和阈值进行了分析讨论,并使用亮温辅助M12-M13进一步克服地表二项性反射造成的干扰.使用中国区域的两景数据进行应用分析表明:亮温辅助1.38um高(卷)云检测能够较好的抑制地表污染,亮温辅助M12-M13差值云检测比当前VIIRS M12-M13云检测能更好的抑制误报.通过人工解译,将检测结果和解译结果做了对比分析,实例数据检测精度均高于85%,能够满足当前云检测精度要求.     

针对NPP VIIRS数据的云检测方法研究

为了获得新型红外成像辐射仪套件(Visible Infrared Imager Radiometer Suite,VIIRS)传感器准确的云掩码数据,克服当前VIIRS云检测算法在中国区域存在的部分缺陷.本研究通过分析当前较为成熟的中分辨率光谱成像仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)云掩码算法,结合VIIRS传感器的波段特性,提出了适合中国区域的云检测算法.针对1.38μm高(卷)云检测算法在高海拔区域存在的限制,本研究使用亮温进行辅助检测,降低因低水汽含量造成的误报;针对当前VIIRS M12-M13云检测阈值在我国存在误报的问题,对M12-M13差值云检测在我国适用范围和阈值进行了分析讨论,并使用亮温辅助M12-M13进一步克服地表二项性反射造成的干扰.使用中国区域的两景数据进行应用分析表明:亮温辅助1.38um高(卷)云检测能够较好的抑制地表污染,亮温辅助M12-M13差值云检测比当前VIIRS M12-M13云检测能更好的抑制误报.通过人工解译,将检测结果和解译结果做了对比分析,实例数据检测精度均高于85%,能够满足当前云检测精度要求.     

中国地区MODIS Terra/Aqua MAIAC气溶胶光学厚度（AOD）产品反演误差对比分析

最新的多角度大气校正(MAIAC)气溶胶光学厚度(AOD)反演算法已应用于Terra和Aqua两颗卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)，在优化反演精度的同时将AOD产品的空间分辨率提高到1 km级.本研究将2003—2020年重叠期间Terra和Aqua中国地区MAIAC AOD产品与全球气溶胶自动观测网络(AERONET) AOD数据进行对比验证，分析该产品在中国地区的适用性和两颗卫星产品间的差异性，并探讨邻近云像元与观测几何对MAIAC AOD产品的影响.结果表明：MAIAC AOD产品在中国地区有较好的适用性，Terra和Aqua两颗卫星性能表现基本相近，整体验证结果有超过70%的数据落在期望误差(EE)范围内(EE_T=73.12%,EE_A=70.83%).研究发现邻近云像元是影响AOD产品精度的重要因素之一，邻近云像元会造成AOD反演高估，且这种现象随着邻近云像元的数量而增加.经过质量控制剔除邻近云像元的影响，发现观测几何也会引起产品间的偏差，过小或过大的太阳天顶角会造成更大的平均偏差.总体而言，中国地区MODIS Terra/A...     

基于无人机可见光影像的绿色植被提取

在分析健康绿色植被光谱特性及无人机可见光影像典型地物各波段像元值差异的基础上,提出一种综合利用红、绿、蓝3个可见光波段信息的新型绿色植被指数——差异增强植被指数（DEVI）.利用该指数及其他8种常见可见光植被指数结合不同阈值方法提取研究区域绿色植被信息,并采用地表真实感兴趣区和基于SVM的监督分类方法进行精度量化评价.结果表明：由DEVI计算的植被指数灰度影像直方图具有良好双峰形态,可利用双峰直方图阈值法快速确定阈值,且阈值一般位于0.9~1之间;同时,DEVI提取精度明显优于其余8种植被指数,且采用双峰直方图阈值法时,总体精度为98.98%,Kappa系数为0.9791,相对误差为1/83.为验证DEVI是否具有良好的可适用性及可靠性,选取3种典型植被覆盖区域进行可行性验证,结果表明：利用DEVI可高精度提取建筑密集区域和植被零散分布区域的绿色植被信息,总体精度分别为98.42%和98.56%,Kappa系数分别为0.9610和0.9635,相对误差分别为1/125和1/91;而植被集中分布区域提取精度略低于上述2种典型区域,总体精度为97.40%,Kappa系数为0.9371,相对误差为1/53.因此,提出的差异增强植被指数——DEVI可以有效、高精度、低成本提取不同植被覆盖典型区域无人机可见光影像中的绿色植被信息,为陆地生态系统中的绿色植被监测研究提供一种可行性方法.     

汇流阈值对提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响

不同地貌单元,其汇流阈值的界定差异较大,而不同的汇流阈值直接影响河流长度、河网密度以及集水区面积的提取结果,因此,汇流阈值的界定是提取流域面积高程积分的关键.以叶尔羌河上游流域为研究对象,基于不同分辨率数字高程模型数据对叶尔羌河上游流域面积高程积分的提取结果,确定适宜分辨率的数字高程模型数据,探讨不同汇流阈值对叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响.结果显示:(1)所选不同分辨率高程(DEM)数据提取的叶尔羌河上游流域面积高程积分的参数和空间分布特征变化较小,面积高程积分对数字高程数据的分辨率依赖性不强.(2)整体上,叶尔羌河上游流域面积高程积分最大值随汇流阈值的增大呈阶段性减小趋势,最小值呈阶段性增加趋势,均值呈波动状态,但逐渐趋于稳定.当汇流阈值为27000时,面积高程积分均值、最大值和最小值均趋于稳定,其可能是提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的稳定阈值.     

HJ-1B星海表温度产品业务化云检测算法研究

可见光-红外遥感手段自身的缺陷,使得云层的存在直接影响海洋背景下卫星遥感定量化产品的精度。目前,尚未见到有关HJ-1B卫星红外相机IRS(InfraRed Scanner)传感器可业务化运行的便捷云检测方法研究的报道。针对HJ-1B卫星IRS传感器波段特征,对云与海洋下垫面反射及发射特性进行分析,提出了一种可业务化应用的海洋背景卫星图像云检测方法。选取渤海及黄海海域2012年5景不同时相、不同云被特征条件下IRS卫星影像数据进行实例验证分析,与准同步的MODIS云检测产品(MOD35)进行比对检验,发现该业务化算法具有不同时相条件下的普适性,能够有效检测全部的厚云、冷云及大部分的薄云。算法高效准确,适于业务化的应用。     

基于无人机多光谱的沼泽植被识别方法

为了探究高分辨率无人机多光谱数据对沼泽植被群丛识别能力,在洪河国家级自然保护区的核心区、缓冲区和实验区分别建立典型样区,通过低空无人机搭载的RGB及多光谱相机获取研究区正射影像,构建多维数据集并确立4种分类方案.采用面向对象的随机森林（RF）算法,对输入的多维数据集进行变量选择和参数（mtry、ntree）调优,构建适合沼泽植被群丛尺度识别模型.结果表明：优化的面向对象的RF算法对沼泽湿地植被具有较高的识别能力,在95%的置信区间内,核心区方案四（结合了光谱波段、纹理特征、几何特征、位置特征、地表高程信息和植被指数）获得最高总体精度为87.12%,kappa系数为0.850,比方案二（结合了光谱波段、几何特征和位置特征）总体精度高12.27%,kappa系数高0.140;对于单一典型沼泽湿地植被识别精度中,芦苇获得最高的用户精度高于88%,生产者精度高于90%,小叶章的生产者精度高于85%,但是在核心区用户精度较低,仅为78%.该方法可以作为沼泽植被群丛识别的有效方法,为研究沼泽湿地生态环境变化提供更准确的数据支持.     

基于GF-1卫星遥感影像的生态空间周边建筑余泥渣土场提取方法研究

建筑余泥渣土存量增长速度不断加快,导致相关生态环境污染及安全问题不断增多。遥感技术具有快速、大范围、多时相的特点,对占地面积大、变化快的余泥渣土场实时监管具有显著技术优势。以深圳市部九窝余泥渣土场为研究区,基于高分一号(GF-1)卫星遥感影像,结合其波段设置特点及余泥渣土场与附近生态空间区域的可分性,间接通过植被指数试验与阈值分割参数提取,研究生态空间周边余泥渣土场快速提取方法。比较了归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、增强型植被指数EVI、超绿指数EXG、归一化绿红差异指数NGRDI、可见光波段差异植被指数VDVI这6种指数计算结果及阈值分割后提取效果,结果表明NGRDI指数对余泥渣土场的提取效果最优,并基于三景GF-1影像,验证其提取精度在97.5%以上,Kappa系数大于0.8,最后基于该方法进行部九窝余泥渣土场变化检测并实地验证,相关研究成果可为生态空间区域及周边建筑余泥渣土场环境监管提供技术支持。     

FY-3C/VIRR数据中国周边海域区域SST反演算法开发

已有的验证结果显示风云三号C星（Fengyun-3C,FY-3C）搭载的可见光红外辐射仪（visible and infrared radiometer,VIRR）反演的业务化海洋表面温度（sea surface temperature,SST）产品存在较大偏差。根据FY-3C/VIRR的热红外通道设置,分别选择非线性SST算法（non-linear SST,NLSST）和三通道非线性算法（triple window NLSST,TNLSST）开发适用于中国周边海域的白天和夜间区域SST反演算法。通过对卫星热红外波段的亮温和现场数据进行晴空海洋匹配样本数据构建,利用回归拟合方法获得NLSST和TNLSST的算法系数。采用独立样本数据对区域算法进行验证,白天数据的偏差和标准差分别为0.082 ℃和0.633 ℃,夜间为?0.007 ℃和0.557 ℃。以OISST（optimum interpolation SST）为参考值,将区域算法反演的SST与国家卫星气象中心的业务产品进行对比,结果显示区域算法将白天SST的偏差和标准偏差从0.047 ℃和0.743 ℃减小到0.031 ℃和0.641 ℃,夜间从0.184 ℃和0.708 ℃减小到0.034 ℃和0.556 ℃。     

基于LandsatTM数据的济宁市水体识别方法研究

文章基于济宁市2009年LANDSAT TM影像,根据影像各波段间的相关性和地物在各影像上的灰度差异,分别采用单波段阈值法、多波段谱间关系法、改进的水体指数法(MNDWI)及HIS空间水体提取模型法对济宁市水体信息进行识别提取。在此基础上,结合归一化指数法和HIS空间水体提取模型,提出了一种综合性的水体信息提取方法,并对各方法提取结果进行了精度评价。结果表明,已有方法对济宁市水体识别存在一定的缺陷,而综合法集成了归一化指数法和HIS空间水体模型的优点,很好地弥补了已有方法的不足,对济宁市水体信息进行了较好的提取,尤其是细小水体,同时也很好地消除了建筑物、阴影、水生植被等的影响,提高了济宁市水体信息识别的精度,为更好地定量评价济宁市地表水体时空演变规律等提供帮助。     

基于CALIPSO资料的东亚地区气溶胶垂直分布特征分析

目的分析东亚地区气溶胶的垂直分布特征。方法利用2006—2012年CALIPSO星载激光雷达资料,基于气溶胶光学厚度分析结果,选取有代表性的经度带和纬度带,分别研究东亚大陆东部沿海地区气溶胶的垂直分布和东亚-北太平洋地区沙尘气溶胶的垂直分布。在此基础上,选取三个有代表性的格点,进一步研究华北和华南地区气溶胶的垂直分布及塔克拉玛干沙漠沙尘的气溶胶垂直分布,并对其垂直分布特征曲线进行拟合。结果平均来看,除少数地区个别月份外,东亚地区气溶胶主要出现在近地面附近。东部沿海地区,一定高度以上,气溶胶的消光系数随高度的增加总体上呈指数减小;西北沙尘源区,大致在近地面至对流层中层,沙尘气溶胶的消光系数随高度的增加几乎呈线性递减。气溶胶的垂直分布具有显著的月际变化和地区差异,中纬度地区,亚洲沙尘气溶胶跨北太平洋传输在1—5月份较强。结论高垂直分辨率的CALIPSO资料可作为精细分析气溶胶垂直分布特征的有力工具。     

基于A-train卫星对中国北方地区气溶胶分布的研究

利用A-train(CALIPSO和MODIS-Aqua)卫星的数据资料,对比分析了中国北方地区(分为3个部分西部-W区,中部-M区和东部-E区)2007年1月~2010年10月AOD的年平均和季节平均分布特征,结果发现:MODIS-Aqua的卫星资料在我国北方地区区域基本具有适用性;MODIS和CALIPSO卫星反演的AOD年平均分布特征基本一致,AOD的高值区分布在南疆盆地(主要受沙尘气溶胶的影响)和地势较低的华北平原地区;MODIS和CALIPSO卫星反演的北方地区AOD季节平均分布的结果基本一致:W区AOD的高值区在季节上分布特征是:春季最高,夏季次之,秋季最小,冬季又慢慢增大;E区AOD的高值区的分布特征是:夏季最大,春季次之,秋冬季最小.     

华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响

采用CERES SSF Aqua MODIS Edition 2B/2C和CALIPSO卫星探测资料结合地面台站沙尘观测资料,通过对强沙尘天气过程中纯云区与沙尘云区大气层顶处辐射强迫值的对比分析,研究了我国华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响.研究发现, 2006年4月16日、5月16日、2007年3月30日3次过程沙尘云区大气层顶云的净辐射强迫绝对值比纯云区分别减小了7.1%,17.2%和3.1%,云的冷却效应受到不同程度抑制.纯云区与沙尘云区云的光学特性参量的对比分析结果表明,绝大部分沙尘云区的云粒径、云水路径和光学厚度值均比纯云区的要小.     

两种不同DEM处理方法提取的水系比较

水系不但是重要的自然地理要素,而且对防洪减灾、资源开发等有着重要意义。基于DEM的坡面径流法是最为常用的水系提取方法,其提取精度直接取决于DEM中洼地的处理方法。为了比较不同DEM处理方法对水系提取精度的影响,本文以江西省潦河流域为例,利用基于DEM数据的J&D算法及基于辅助数据的AGREE方法来处理实验区DEM,然后利用坡面径流法提取水系。结果表明,经两种方法后均可以提取出连续的水系,且提取水系的等级、数量及长度相差不大;在提取精度上,在受人类活动影响较小的山地丘陵地区两种方法提取的水系比较吻合,而在平坦地区或受人类活动影响较大的地区提取的水系差异较大,且AGREE方法处理后提取的水系精度较高。     

水浮植物雷达探测水葫芦性能

利用雷达探测技术,以绑有水葫芦的标准泡沫板为目标物,系统研究了水浮植物雷达对水葫芦目标识别能力、探测范围以及距离、面积、速度测量性能。试验结果表明:水浮植物雷达可以区分水面、墙体以及水葫芦,径向探测距离为37~114.5 m,不同径向距离的平均测距误差均在0.6%以内。在雷达3°/s扇扫速度小范围扇扫模式下,远距离比近距离面积测量平均误差高26.99%;同一距离,12°/s比3°/s扇扫速度的面积测量平均误差低12.13%。另外,在0.1~1.0 m/s的目标速度测量范围内,雷达对水葫芦的测速均方误差百分比不超过8%。     

火箭弹多模导引头对复杂气象环境适用性研究

目的计算分析火箭弹多模导引头对复杂气象的环境适用性,为作战使用提供参考。方法采用气溶胶衰减计算公式,建立探测距离与波长、相对湿度、能见度关系,运用MATLAB计算光学成像系统在雾霾条件下的探测距离。依据约翰斯顿准则计算光学探测设备一定高度上对目标的捕获识别概率,从而判断有云环境条件下,云底高度对探测设备的影响。根据毫米波雷达最大作用距离模型和雨滴特性,建立其降雨衰减模型,计算分析降雨率对毫米波雷达探测距离的影响。结果获取了雾霾条件下探测距离随相对湿度和波长的变化规律,确定了有云条件下导引头对云底高度的最低要求,绘制了降雨条件下毫米波雷达对不同目标的探测距离随降雨率的变化曲线。结论火箭弹多模复合导引头充分发挥了不同探测设备的优势,对复杂天气环境具有较好的适用性。     

中国夏季夜雨的空间分布特征

夜雨作为降水日变化中的特殊现象,是一种独特的气候资源。论文借助2 046 个经质量控制的自动气象站逐小时降水资料分析中国夏季夜雨空间分布特征,并比较分析不同典型夜雨区和非典型夜雨区的降水日变化特征。结果表明:中国夜雨现象站点多且分布较广。降水峰值时间多出现在下午和后半夜,其中东部多发生在下午,西部多发生在后半夜;夜雨现象最明显的区域是青藏高原、四川盆地、云贵高原,此外在山脉及附近区域也普遍存在,北方和西部最明显;而夜雨现象不明显的区域在长江中下游以南区域;中国大部分地区夜间的降水前半夜少于后半夜,而青藏高原东部、四川盆地大部分地区呈现前半夜多于后半夜。地形对降水日变化的主要影响为双日波特征,降水峰值不仅出现在下午,也出现在后半夜;其次,波动性更大。山区夜雨的成因与独特地形的热力差异引起的山谷风环流有关,而下午的峰值与太阳辐射加热大气引起的热对流有关;高原夜雨与山区不同,可能与夏季对流性的积状云比较多有关。     

基于岭估计的青海省东部农业区ET_0遥感反演研究

论文利用青海东部农业区内的12个气象站2003—2005年气象资料,应用Penman-Monteith公式计算得到各站逐旬的ET_0值,并进一步研究其与高程(DEM)、地表温度(LST)及归一化植被指数(NDVI)3个因子之间的关系,提取遥感数据并耦合到时间分辨率为旬,空间分辨率为1 km,将其与计算所得ET_0建立多元反演模型。由于3个自变量因子之间存在着很强的相关关系,LST与NDVI间判定系数R2平均在0.7左右,不能直接用最小二乘回归方法建立模型。为有效避免自变量间相关性对模型的影响,研究中采用岭估计方法建模。结果表明,通过岭估计建立2003年10~33旬区域二元模型反演最低精度达76.19%,区域三元模型反演最低精度也有83.54%。与传统方法所建模型相比,检查点均方根误差减小约1.1,反演最低精度提高11%左右,能满足实际应用需求。