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.     

基于葵花影像中国地区夜间云识别方法研究

目的实现适用于中国地区的夜间云识别。方法根据红外波段云与非云的亮温差异,采用亮温阈值法研究适用于中国地区的夜间云识别算法。中国地形高程差异明显,其地表辐射能量也存在较大差异,影响云检测结果精度,因而提出基于三个高程阶梯的云识别方法。由于云检测结果验证缺少可见光波段,使用MODIS云数据产品和雷达数据CALIPSO分别做定性和定量验证。结果云检测区域与MODIS的MYD06云产品基本一致,CALIPSO雷达数据四个月的平均验证结果为:非云区域的提取精度约77.86%,云区域的提取精度为79.67%,将有云区域错提为非云的误差率为2.76%,而将非云区域误提取为有云区域的错误率为12.31%。结论利用日本静止气象卫星Himawari-8影像数据,根据阈值法提出的基于三个高程阶梯的云检测算法,较好地实现了适用于中国地区的夜间云识别。     

基于多卫星遥感的东北地区霾污染时空特征研究

利用多卫星(MODIS、CALIPSO、VIIRS)观测的气溶胶产品、地面空气质量监测数据和气象资料,获取了东北地区2006—2015年期间气溶胶光学厚度(AOD)的季节和年际变化特征,并对2014年10月14日东北地区一次典型重霾污染过程的特征及其潜在传输路径进行了深入讨论.研究结果显示,自2008年起东北地区灰霾污染范围扩大且污染程度加剧,呈带状空间分布(营口-长春-哈尔滨);区域内AOD值呈春、秋和冬季高,夏季低的时间变化特征.采用CALIPSO星载激光雷达数据与MODIS、VIIRS卫星获取的AOD开展综合分析,可有效弥补MODIS、VIIRS卫星因冬季积雪亮地表干扰所产生的AOD缺省区域,增强对长期积雪覆盖地区霾污染的时空特征分析能力.与反映霾污染空间分布范围更广的VIIRS卫星相比,MODIS卫星AOD值与东北地区地面观测获取的AQI、PM10和PM2.5相关系数更高,分别为0.89、0.73和0.83.进一步研究结果显示,秋末冬初东北地区的霾污染事件与农作物秸秆焚烧有关,同时,华北地区灰霾污染可跨越渤海湾传输至东北地区,进一步形成更大尺度的带状区域污染.     

基于神经网络的网络传感器火灾报警系统

为降低火灾报警系统的漏检、误报,本文利用网络化多传感器技术设计了数据融合模块,基于神经网络BP算法良好的非线性映射能力,对温度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器同时探测的数据进行智能化融合处理。结果表明：该火灾报警系统能准确地识别火灾信号,明显减少了误报和漏报率。     

我国东部沿海三大城市群热岛变化及其与城市群发展的关系

随着城市化进程的快速推进,城市群已经成为区域空间的重要组织形式.为揭示我国东部沿海京津唐、长三角和珠三角三大城市群热岛变化与城市群发展的关系,利用MODIS地表温度产品数据和DMSP/OLS夜间灯光数据,对2001-2013年这3个城市群的热岛效应与区域发展二者之间的关系进行研究.结果表明:2001-2013年,3个城市群的热岛斑块面积均有较大幅度的增加,并且在空间上逐渐相连接,形成热岛城市带;RHⅡ（区域热岛指数）不断升高,京津唐城市群、长三角城市群、珠三角城市群分别升高0.051、0.070、0.101,其热岛状况不断加剧.随着城市群的发展,城区对周边区域的辐射作用不断加强,建成区边缘的城郊过渡带是地表温度增加最为显著的区域.总体而言,城市群的扩展是其区域热岛效应的主要成因,表征城市扩展变化的夜间灯光亮度平均值差值与表征热岛变化的地表温度平均值差值之间存在对数关系,表现出先快后慢的趋势.      

基于Landsat TM/ETM+的天津城区及滨海新区热岛效应时空变化研究

利用1987年、1998年、2004年和2008年4景Landsat TM/ETM+数据的热红外波段数据反演天津市地表亮温,并对绝对亮温值进行归一化处理得到相对亮温。通过对相对亮温分布图进行时空分析可知,自1987年到2008年,天津市热岛效应主要发生在中心城区、滨海新区以及道路沿线等区域。热岛范围在加大,强度也在增加。中心城区热岛效应不断加剧,滨海新区的热岛效应则从无到有,从弱到强,变化十分明显。并分析了热岛现象产生和异常的原因,有降水变化、农作物收割、公路建设和建成区增加。     

基于Himawari 8的沙尘遥感监测与应用

基于Himawari 8静止卫星数据实现了沙尘天气24h动态遥感监测.通过对Himawari 8通道15、13、11亮温值、通道15与13亮温差（BT15-BT 13）、通道13与11亮温差（BT13-BT 11）进行时间序列分析和直方图统计,发现在所选通道中,各地物亮温值分布较为接近,冰云亮温值约为220~250K;沙尘、水云和高纬度地表亮温值约为260~270K;低云、雾和中纬度地表亮温值约为270~290K.通道13对识别沙尘较为敏感,沙尘在通道13的亮温值明显低于通道11和15,在BT15-BT13亮温差值图上沙尘区存在明显高值,在BT13-BT11亮温差值图上为负值,明显低于其他地物.相关性分析结果显示,BT15-BT13和BT13-BT11与地面PM₁₀浓度在0.01水平上显著相关.通过BT15-BT13、BT13-BT11和通道13进行假彩色合成生成的沙尘遥感结果与气象数据,地面PM₁₀数据,激光雷达数据相结合,可对华北地区沙尘污染的起源,形成过程和行进轨迹进行24h的三维动态观测.     

基于改进YOLOv3算法的高密度人群目标实时检测方法研究

公共建筑高密度人群疏散运动极具危险性,实时的人群目标识别与检测对于密集场所人群疏散安全至关重要。针对现有行人检测方法对于行人密集、局部遮挡等情况存在鲁棒性差、实时性低等问题,提出了一种基于改进YOLOv3算法的密集人群目标实时检测方法。该检测方法以YOLOv3算法为基础,采用K-means方法对实验用数据集进行聚类分析并对网络结构进行调整,最终得到适用于高密度人群目标检测的算法即YOLOv3-M算法。实验结果表明:YOLOv3-M算法平均准确率达到91.20%,召回率为89.77%,相比YOLOv3算法模型平均准确率提高了6.4%,召回率提高了4.73%;在阈值相同条件下,YOLOv3-M算法可有效降低图片漏识率与误识率;对1080P视频的检测速度达到19.2 FPS,基本满足实时检测的需求,从而验证了该检测方法的有效性。     

海面风矢量对不同极化状态海表面亮温的遥感影响研究

本文从海面风矢量与不同极化状态下海表面亮温参数的关系入手,利用2014年5月1日西北太平洋区域Windsat卫星L2风场数据和SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）卫星L1C数据,定量分析了风速和风向对亮温的影响。研究结果表明:海表面亮温的变化,风速大于风向的影响;V极化状态下垂直亮温对风速、风向的敏感性最强,Stokes2亮温参数对风速的敏感性最低,20°风向变化对Stokes1亮温参数敏感性最低;海面亮温在3级风速内和0°~150°风向区间受风场影响变化较小,亮温波动显著区域主要集中在6级风速以上和300°~360°风向区间。     

L波段SMAP卫星数据平静海面亮温信息提取研究

风致海表粗糙度是微波辐射计接收亮温的主要误差来源,通过建立亮温增益模型对海面亮温进行修正是获取平静海面亮温信息的一项关键工作。基于SMAP卫星L2C海面亮温数据和10 m风速数据,分析了亮温增益与风速之间的相关性,并利用最小二乘法根据不同风速区间建立L波段下的粗糙海面亮温增益模型,在考虑白冠对亮温影响的情况下,输入Argo浮标插值得到的温、盐数据集,使用Meissner-Wentz介电常数模型计算得到参考亮温,与亮温增益模型修正得到的平静海面亮温进行回归分析,定量评价了该模型在该海域的适用性。研究表明,风速与亮温增益呈现正相关关系,0～3 m/s风速区间的水平极化亮温灵敏度比垂直极化方式高0.25 K/(m/s),3～12 m/s风速区间的前者比后者高0.02 K/(m/s),大于12 m/s风速区间的前者比后者高0.01 K/(m/s);在靠近陆域的海面亮温偏差比较大,在开阔海域大部分极化亮温误差均能控制在0.2 K以内;模型亮温与参考亮温回归分析的决定系数均在0.5以上,均方根误差均可以控制在0.2 K以内。     

基于分区多点供电的填埋场渗漏实时检测系统研究

针对现有填埋场渗漏检测系统在检测大面积填埋场时存在的检测成本高、电极铺设困难和定位不精确的实际问题,设计了一种新型填埋场实时渗漏检测系统,该系统采用分区检测、多点供电的方式采集检测电极电势,并通过定位算法定位漏洞。该系统在大大降低了大面积填埋场渗漏检测成本的同时,也提高了定位精度。通过在中国环境科学研究院内小型填埋场做模拟实验验证,在膜上供电电流400 mA、膜下电极栅格间距10 m、膜下媒质电阻率50Ω·m的情况下,系统的定位精度可达到20 cm。该系统为垃圾填埋场的科学管理和减少环境污染提供了新的科学技术手段。     

一种基于MODIS影像反演太湖Ⅱ类水体上空气溶胶参数的算法

基于Ⅱ类水体短波红外（Short-Wave Infrared,SWIR）波段离水反射率为0的假设,提出一种反演Ⅱ类水体上空气溶胶参数的算法（CaseⅡWater Algorithm, C2W）,并与AERONET(Aerosol Robotic Network)太湖站实测数据进行了比较分析.结果表明,反演得到的0.670μm与0.870μm两个波段的气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）与实测值呈现明显的线性关系（R2=0.974、0.971）,在气溶胶光学厚度τ>0.2时不确定性在Δτ=±0.03±0.05τ范围内.11期气溶胶有效半径（Aerosol Effective Radius,AER）数据中,9期的不确定性在±25%范围内,另外两期数据的不确定性在±30%以内.反演精度符合MODIS气溶胶产品的精度要求.     

基于LiDAR、SRTM DEM的祁连山黑河流域十一冰川2000-2012年物质平衡估算

以祁连山黑河流域十一冰川为例,利用机载三维激光扫描数据（Light Detection And Ranging, LiDAR）和SRTM DEM数据,在LiDAR点云数据预处理、高程数据配准、校正、误差评估的基础上,建立基于大地测量法的冰川物质平衡计算流程。表明：2000-2012年十一冰川冰面高程变化为-7.47±0.92βm,变化率为-0.62±0.08 m·a^-1,估算十一冰川的年均物质平衡为 -0.53±0.07βm w.e.,累积物质平衡为-6.35±0.78βm w.e.,折合水当量约为（330.4±40.8）×10^4βm³;与其他典型监测冰川物质平衡进行对比和分析,论证了估算结果的可靠性;LiDAR数据具有非常高的精度和空间分辨率,目前关于其在冰川物质平衡研究中的应用很少,论文尝试将其应用于冰川物质平衡变化研究中,具有广阔的发展前景。     

Temporal variability of iron concentrations and fractions in wetland waters in Sanjiang Plain, Northeast China

Chemical forms, reactivities and transformation of iron fractions in marshy waters were investigated with cross-flow filtration technique to study the iron environmental behavior. Iron fractions were divided into four parts: acid-labile iron (pre-acidification of unfiltered marshy water samples, 0.7 μm), high-molecular-weight iron (0.7-0.05 μm), medium-molecular-weight iron (0.05-0.01 μm), and low-molecular-weight iron ( 0.01 μm). The cross-flow filtration suggested that iron primarily exist in both the 0.7 μm and 0.01 μm size fractions in marshy waters. Rainfall is the key for rain-fed wetland to determine fate of iron by changing the aquatic biochemical conditions. By monitoring the variation of iron concentrations and fractions over three years, it was found that dissolved iron and acid-labile iron concentrations exhibit a large variation extent under different annual rainfalls from 2006 to 2008. The seasonal variation for iron species proved that the surface temperature could control some conversion reactions of iron in marshy waters. Low- molecular-weight iron would convert to acid-labile iron gradually with temperature decreasing. The photochemical reactions of iron fractions, especially low-molecular-weight iron had occurred under solar irradiation. The relative proportion of low-molecular-weight in total dissolved iron ranging from 28.3% to 43.2% were found during the day time, which proved that the observed decreasing concentration of acid lability iron was caused by its degradation to low molecular weight iron.     

便携式GC/MS对空气中苯系物的定量分析方法研究

文章采用简单快速的采气袋配气方式,以苯系物为例,研究了便携式GC/MS对大气中痕量有机污染物的快速定量测定方法。分别在Full scan和建立的SIM扫描方式下对苯系物标准样品进行了测定。对比实验结果表明,Full scan和SIM两种扫描方式下苯系物测定结果的相对标准偏差分别在5.1%~28.4%和13%~19%之间,回收率范围分别为46%~186%和60%~110%,方法检出限范围分别为2.504~10.63μg/m3和0.494~2.399μg/m3。总体而言,SIM方式在测定结果的精密度与准确度上均优于Full scan方式。室内外空气样品的测试结果映证了SIM方式在对痕量有机污染物测定的优势。     

本溪大气黑碳气溶胶浓度的观测研究

对2008年3月至2009年2月本溪黑碳气溶胶浓度观测资料进行了研究分析.结果表明,本溪黑碳平均浓度值为6.877 μg/m3,日平均浓度变化范围为0.592～20.577 μg/m3,每小时平均浓度最大值达64.518 μg/m3;黑碳浓度具有明最的季节变化,夏季的平均浓度最低,最高值出现在冬季的1月份,这与冬季取暖...