基于环境一号卫星的气溶胶光学厚度反演技术研究

基于环境一号卫星(HJ-1)遥感观测数据,采用改进的暗目标算法和深蓝算法分别对暗像元、亮像元地表的气溶胶光学厚度(AOD)进行反演,并将其结果与MOD04产品对比。结果表明:二者反演的AOD空间变化特征较一致,相关系数达0.874,HJ-1星反演结果有更高的空间分辨率。当AOD值0.2时,HJ-1星反演结果可靠性较低;当AOD值在0.2~0.8之间时,HJ-1星CCD相机反演气溶胶的结果与MOD04产品最相近,二者相对误差10%;当AOD值在0.8~1.5之间时,HJ-1星反演结果相对MOD04产品显著偏高;当AOD值1.5时,HJ-1星反演结果相对MOD04产品偏低。     

江苏省PM_(2.5)质量浓度的时空变化格局模拟

基于遥感数据,利用多元线性回归模型研究地面监测的PM_(2.5)质量浓度数据与AOD、气象数据及地面植被覆盖等数据的关系,空间精细化反演江苏省PM_(2.5)质量浓度分布。结果表明,AOD、气象数据及地面植被覆盖数据能较好地反演出PM_(2.5)质量浓度时空分布特征;江苏全省PM_(2.5)质量浓度呈现出冬高秋低、春夏居中的季节变化规律;春、冬季PM_(2.5)质量浓度的高值区集中在苏锡常、宁镇扬及泰州、南通等东南沿海的城市,而在靠近西北内陆的盐城、连云港、徐州、淮安、宿迁PM_(2.5)质量浓度较低,夏、秋季呈现出相反的态势。     

风云三号卫星气溶胶光学厚度产品的适用性验证

利用长三角地区浦东、东滩、太湖3个测站的太阳光度计CE318地基遥感观测得到的气溶胶光学厚度(AOD)数据对风云三号气象卫星FY-3A/B MERSI反演的550 nm波长AOD进行有效性验证。结果表明,FY-3A的反演结果相关系数高于0.96,仅有20%的样本表现出较大的偏差。FY-3B的相关系数最高为0.77,均方根误差(RMSE)最大为0.35。太湖站点的相关系数比浦东大,说明MERSI的反演算法在太湖更适用。FY-3A/B MERSI反演结果总体上偏小,存在一定的系统偏差,主要由气溶胶模型的假设、设备标定、选择像素比例等原因造成。     

基于Landsat-8数据和劈窗算法的地表温度反演及城市热岛效应研究

陆地表面温度(Land Surface Temperature,LST)是地表能量平衡组分中的一个重要参数。随着卫星遥感技术的快速发展,遥感反演成为获取区域LST的一个重要手段。目前已有学者提出多种基于遥感数据反演LST的算法,其中劈窗算法被证明是一种精度较高的算法。基于Landsat-8卫星30 m空间分辨率的陆地成像仪(OLI)数据和100 m分辨率的热红外传感器(TIRS)数据,采用劈窗算法计算了无锡地区的LST,并采用地面实测水温数据和同步的MODIS温度产品对Landsat-8的计算结果进行了验证和对比分析。结果表明:基于Landsat-8数据和劈窗算法获取的LST精度较高,误差1K。在计算的LST结果基础上,进一步提取了热场变异指数来分析城市热岛空间分布特征,给出了城市热岛效应的定量化描述,并就不同地表覆盖类型对热岛效应的影响进行了分析。     

基于环境一号卫星的PM2.5浓度遥感反演研究

2014年12月29—30日,青岛市发生了一次空气污染过程,利用环境一号卫星CCD遥感影像数据和实测PM_(2.5)浓度数据,分析了该过程前后5 d的实测PM_(2.5)浓度与环境一号卫星CCD遥感影像的DN值之间的相关性,分别按日期和区域建立了反演模型。结果表明,按日期拟合反演模型相关系数为0.02~0.51,按区域拟合反演模型相关系数为0.01~0.80,总体来说,区域拟合结果较好。     

基于Landsat 8卫星OLI影像遥感反演盐城市区域大气能见度状况

利用遥感软件ENVI 5.2的FLAASH大气校正模块,对盐城市2013—2014年共22景Landsat 8卫星OLI影像进行了区域大气能见度遥感反演,并与盐城市环境监测中心站的空气自动监测子站的PM10、PM2.5以及当地气象部门的能见度观测数据进行了对比。结果表明,OLI遥感影像可以对区域尺度大气能见度进行有效的观测,反演的区域性大气能见度水平与地面空气质量自动监测结果存在消长关系,与地面能见度数据有近70%的一致性。     

基于遥感影像的木兰溪水质参数反演

水质监测对水环境评价及污染预防至关重要,但地面监测成本高、监测面积有限等,难以满足实时、大范围监测的要求。为了更好地解决该问题,基于遥感影像的空中监测技术越来越得到研究人员的青睐。以木兰溪为研究区,利用和地面监测数据同步的Landsat-8卫星遥感影像数据,对木兰溪的典型水质参数总磷、总氮、溶解氧、高锰酸盐指数的反演问题进行研究。首先,根据Landsat-8的水体敏感波段,分别选取总磷、总氮、溶解氧、高锰酸盐指数的反演特征波段组合为(b1-b2)/(b2+b3),(b1-b2)/(b3-b4),b2/(b1+b4),b1/b2;其次,利用反演特征波段组合分别构建总磷、总氮、溶解氧、高锰酸盐指数浓度的SVR(Support Vector Regression)反演模型,通过IPSO算法对SVR模型的参数进行优选;然后,将IPSO-SVR反演模型和统计回归反演模型、广义回归神经网络(GRNN)反演模型在验证集上进行评估,以平均绝对误差和均方根误差作为评价指标进行对比分析,结果表明IPSO-SVR反演模型的平均绝对误差和均方根误差最小,说明IPSO-SVR反演模型具有较高的精度和较好的实用性...     

陆地气溶胶细模态比的有效反演算法

提出了基于卫星气溶胶光学厚度(AOD)和恩格指数反演气溶胶细模态比(FMF)的新算法,该算法采用更准确的气溶胶模型,构建了以AOD和FMF为变量的二维查找表。将该算法用于北京和Jaipur两个地区FMF反演,并与AERONET和MODIS的FMF作比较。结果表明,新算法反演的FMF与AERONET的FMF的相关系数为0.656,而MODIS C6与AERONET的FMF相关系数为0.436;以AERONET的FMF为标准,新算法的均方根误差为0.156,低于MODIS C6的均方根误差(0.318);新算法的反演结果中有90%处于±0.4的误差范围内,而MODIS C6的FMF只有57.4%处于该误差范围内。     

基于“哨兵3号”卫星OLCI影像和C2RCC算法的南黄海叶绿素a及总悬浮物反演效果分析

利用遥感数据处理软件SNAP中基于神经网络技术的C2RCC算法,对2019年5月9日南黄海“哨兵3号”卫星OLCI影像数据进行了叶绿素a及总悬浮物浓度反演,将其与5月间江苏省海洋环境监测预报中心的海水表层叶绿素a和悬浮物实测数据进行了比较分析。结果表明,叶绿素a的遥感反演尚未能达到业务化应用,总悬浮物遥感反演结果的空间分布与实测值的一致性相对较好。但在星地同日或相差一天监测的南通海域,遥感反演叶绿素a浓度的空间分布趋势以及总悬浮物遥感反演结果与海面实测结果的一致性较好,可达到一定的业务化应用效果。     

基于MODIS的华东地区气溶胶光学厚度时空变化特征分析

选用2001年1月-2015年12月MODIS数据,运用线性趋势等方法研究华东地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化特征及影响因素。结果表明,2001-2015年华东地区AOD平均值变化范围在0.4~0.7之间,且呈现递减趋势。山东省西部、安徽省北部及江苏省AOD相对较高;福建省、浙江省南部及江西省南部地区AOD较低。华东地区气溶胶最低值出现在12月,最高值出现在6月;虽然冬季AOD变化趋势增长较高,但最高值仍出现在夏季。AOD主要受地形、NDVI、风速及人类活动等因素的影响,地形、NDVI、风速均与AOD呈负相关。     

Development of MODIS data-based algorithm for retrieving sea surface temperature in coastal waters

A new algorithm was developed for retrieving sea surface temperature (SST) in coastal waters using satellite remote sensing data from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard Aqua platform. The new SST algorithm was trained using the Artificial Neural Network (ANN) method and tested using 8 years of remote sensing data from MODIS Aqua sensor and in situ sensing data from the US coastal waters in Louisiana, Texas, Florida, California, and New Jersey. The ANN algorithm could be utilized to map SST in both deep offshore and particularly shallow nearshore waters at the high spatial resolution of 1 km, greatly expanding the coverage of remote sensing-based SST data from offshore waters to nearshore waters. Applications of the ANN algorithm require only the remotely sensed reflectance values from the two MODIS Aqua thermal bands 31 and 32 as input data. Application results indicated that the ANN algorithm was able to explaining 82–90% variations in observed SST in US coastal waters. While the algorithm is generally applicable to the retrieval of SST, it works best for nearshore waters where important coastal resources are located and existing algorithms are either not applicable or do not work well, making the new ANN-based SST algorithm unique and particularly useful to coastal resource management.     

基于Landsat TM/ETM+/OLI遥感大数据分析南京市1984—2015年大气能见度变化趋势

对南京市1984—2015年Landsat 4／5／7／8卫星TM／ETM＋／OLI传感器获取的遥感数据,利用ENVI遥感软件的FLAASH大气校正模块,进行了区域大气能见度（ VIS）遥感反演。结果表明,时间跨度达30余年的Landsat卫星遥感数据影像序列反演的VIS呈明显的下降趋势,20世纪80年代数值较高,“差”能见度（＜10 km）的观测率不到6％,21世纪以来VIS下降明显,“差”能见度的观测率为20％～25％。与2010—2015年南京市PM10、PM2．5监测数据进行了对比,在城市空气清洁及污染较轻时,星地监测结果有较好的一致性,但中到重污染天气时FLAASH算法反演VIS偏高,侧重于代表离主城区距离远的偏远乡野山林地区的能见度状况。     

综合遥感与地面观测的巢湖水体富营养化评价

提出一种将地面观测数据空间插值与遥感反演结合的湖泊富营养化评价方法与业务化运行模式。对叶绿素a等可反演参数利用遥感影像反演,并利用实测值校正获得高精度反演结果;对总磷等不易反演参数采用空间插值获取全湖区数据,采用综合营养指数法对巢湖富营养化状态进行反演,获得2015年5月12日巢湖富营养化状态空间分布情况。结果表明,巢湖全湖为轻度和中度富营养化状态,呈现出西半湖高于东半湖的总体空间分布趋势。结合相关数据对巢湖富营养化成因进行推断,认为南淝河等上游河流各类营养物质输入量较大是造成西半湖北部富营养化严重的主要成因;西南部杭埠河等河流氮磷输入量较大,但其他营养物质输入较少,使得该区域总体呈现出富营养化程度偏低的现象。     

卫星遥感在重大活动空气质量保障中的应用

以2016年G20峰会重大活动保障工作为例,简述了卫星遥感技术近年来在大气环境空气质量监测取得的进展以及重大活动空气质量保障会商机制和组织架构,重点分析了如何充分应用大气遥感产品服务于重大活动空气质量保障工作。指出,现有卫星遥感技术已具备服务重大活动空气质量保障工作的要求,其产品可应用于空气质量监测、生物质燃烧遥感监测,同时大气遥感产品相对客观,可以成为重大活动空气质量保障的客观参考标准,为今后类似保障工作提供借鉴。     

基于特征选择和机器学习的阳澄湖叶绿素a遥感反演研究

利用2016-2020年Sentinel-2多光谱遥感影像和同步实测叶绿素a浓度数据,提出了一种基于特征选择和机器学习的叶绿素a遥感反演方法,并应用于阳澄湖.结果表明,特征选择方法在反演模型的自变量选取上具有较好的应用效果,基于此建立的随机森林模型在阳澄湖叶绿素a反演上具有较优的验证精度;2016-2020年阳澄湖叶绿...     

高光谱遥感在土壤重金属污染监测中的应用

综述了高光谱遥感直接监测土壤重金属污染及利用植被重金属胁迫光谱数据间接监测重金属污染区域的各种方法,分析了反演模型存在的问题,提出了引入人工智能技术、高维矩阵和数据挖掘算法,以及寻求更好的数据同化模型等提高反演精度的后续研究方向。     

基于高分辨率影像的固体废物自动识别技术

随着经济快速发展,工业固废、非正规垃圾、未覆盖建筑渣土等固体废物急剧增加,对区域生态环境造成极大威胁。固废堆场具有面积小、分布散等特点,目前国内仍缺少针对各类固废堆场的遥感自动识别研究。为此,基于国产高分辨率卫星遥感数据,根据野外实地光谱采集结果,分别开展了未覆盖建筑渣土、工业固废及非正规垃圾的自动识别方法研究,提取研究区各类固废堆场。结果表明:未覆盖建筑渣土在蓝波段与绿波段分别存在"吸收谷"与"反射峰",基于该特征构建的比值指数模型,结合直方图双峰法阈值分割可以有效提取未覆盖建筑渣土区域;工业固废、非正规垃圾2种固废类型多样,光谱反射率没有明显规律,结合其纹理、色调等特征,采用面向对象多尺度分割、支持向量机监督分类方法能够较好地识别2种类型固废;基于自动化提取技术并结合人机交互判读方法,提取的研究区未覆盖建筑渣土、工业固废及非正规垃圾等3种固废堆场的精度分别达到96.83%、88.26%、85.71%,各类固体废物遥感识别精度较高,极大提高了固废监测效率。     

基于EOS/MODIS卫星遥感数据的渤海海冰变化趋势及特征应用研究

根据卫星遥感数据的分辨率、采集频次、获取方式等特点,将MODIS卫星遥感数据应用到渤海海冰遥感监测中。通过海冰在可见光和红外光波段的光谱存在特定差异的特性,对海冰发生面积进行提取。同时对渤海海冰进行了遥感监测,并完整地监测到海冰从发生到极盛再到消退的全过程。同时,在海冰发生最为严重的时段,对辽东湾海域进行了密集监测。研究结果表明,MODIS卫星遥感数据在海冰监测中有着及时、准确的优势。