基于AVHRR和MODIS的海表温度一致性分析

本文以太平洋为研究区域,选取平均偏差、绝对偏差、标准偏差和相关系数4个误差统计指标,开展2002年7月至2009年12月MODIS SST与AVHRR SST两种SST产品的一致性分析。结果表明:（1）两种SST产品的差异在时空上分布不均匀,距平前,一致性较好的区域均分布在偏差条带（10° N附近）的南、北两边低纬度区域以及澳洲的东部海域,且二者偏差长时间稳定在±0.4 ℃以内;（2）在南美洲中西部海域以及马来群岛附近海域,两种SST产品差异具有明显的季节性规律,并且在马来群岛附近海域,两种传感器存在一定程度的原理机制区别;（3）在南半球中纬度太平洋中部海域和北半球中纬度太平洋中部海域,季节性因素并不是造成两种SST产品差异的主要原因;（4）距平后,其中一致性较好的区域主要分布在偏差条带（10° N附近）的南、北两边低纬度区域以及澳洲的东部海域,其他区域在距平后的差异更接近同一水平;（5）两种SST数据产品中,夜间降轨（Night）产品之间的差异大于白天升轨（Day）,距平后,这种差异大大缩小。     

基于FY-3A/VIRR和TERRA/MODIS数据藏北干旱监测对比

为获得藏北地区干旱遥感监测的方法,以及验证FY-3A/VIRR数据在藏北地区干旱监测的可行性,论文基于2015年7月25日—8月4日FY-3A/VIRR和TERRA/MODIS数据,计算NDVI和EVI反演温度植被干旱指数（TVDI）,利用实测20 cm土壤水分数据和气象站点累计降水量验证并对比了两种数据源、不同TVDI的遥感干旱监测的精度。结果表明：1）拟合干湿边时,噪点和拟合像元数影响TVDI监测的精度,去除噪点可提高干湿边拟合精度和干旱监测精度;2）MODIS-TVDI_E（下标E表示EVI反演）、MODIS-TVDI_N（下标N表示NDVI反演）、FY/VIRR-TVDI_E、FY/VIRR-TVDI_N与实测20 cm土壤水分数据和累计降水量的相关性检验都达到了0.05的水平,说明基于两种数据源采用TVDI的方法都能有效监测藏北地区干旱。其中,MODIS-TVDI_E和FY/VIRR-TVDI_E监测精度分别高于MODIS-TVDI_N和FY/VIRR-TVDI_N,表明TVDI_E的监测精度优于TVDI_N。MODIS-TVDI的监测精度高于FY/VIRR-TVDI,反映MODIS数据在藏北地区干旱监测精度优于FY/VIRR数据;3）基于MODIS-TVDI_E和FY/VIRR-TVDI_E划分的藏北地区干旱空间特征结果大体相同,说明FY/VIRR数据也可作为气象部门监测干旱的业务化产品,为藏北地区干旱监测提供数据支撑。     

关中平原城市群夏季城市热岛特征及驱动力

以2001~2017年夏季长时间序列的MODIS地温产品及相关数据为基础,使用Mann-Kendall非参数检验与Sen’s斜率分析法揭示了关中平原城市群地表热环境的时空变化趋势,利用主成分分析法构建城市热环境指数（UTEI）来表征地区热环境的优劣,借助地理探测器对影响地表温度（LST）的主要因子进行驱动力分析.结果表明,关中平原城市群2001~2017年间夏季白天平均LST为29.3℃,夜晚为18.3℃,白天和夜晚LST的变化率分别为-0.053和0.026℃/a,白天的降温幅度略高于夜间的增温幅度.地表热岛强度（SUHII）在17a间呈上升趋势,白天的增长速率大于夜间,老城区的SUHII大于新建城区.UTEI与LST之间存在显著的负相关,白天（P<0.05,R²=0.850）和夜晚（P<0.05,R²=0.624）都表现为二次曲线关系.因子探测分析表明,地表干度指数（NDBSI）、高程（DEM）与增强植被指数（EVI）是白天LST空间分异的主控因子（q>0.6）,夜晚LST受夜间灯光、DEM与气溶胶光学厚度（AOD）的影响更大（q>0.4）.交互探测结果显示,DEM与NDBSI之间的交互效果在白天最好,DEM与夜间灯光之间的交互作用在夜间最大,任意双因子之间的交互作用优于单一因子的作用效果.本研究对于加强关中平原城市群地表热环境的监测与评价具有重要指导意义.     

风云三号卫星微波成像仪海面温度产品检验

目的方法 利用全球海-气综合数据集(ICOADS),对FY-3C MWRI海面温度产品按照升降轨进行检验,并对不同风速及太阳辐射(白天、夜晚)条件下的检验结果进行分析.结果 FY-3C MWRI SST产品升轨绝对误差为0.950 K,均方根误差为1.278 K;降轨绝对误差为1.186 K,均方根误差为1.692 K,升轨精度优于降轨精度.分别对风速小于6 m/s、6～12 m/s以及大于12 m/s时的绝对误差、均方根误差进行分析,高风速(>12 m/s)以及白天低风速(0～6 m/s)条件下,均会导致卫星反演海温与实测海温之间差异的增加.结论 该研究结果对改进算法模型,提高产品的质量和可信度有重要的参考价值.     

秦皇岛海域微微藻褐潮遥感监测方法初探

微微藻褐潮在我国是一种新出现的海洋生态灾害。本文针对秦皇岛海域微微藻褐潮高发区,探讨利用卫星遥感技术监测微微藻褐潮的可行性。首先利用MODIS数据反演秦皇岛海域叶绿素a（Chl a）浓度和海面温度（SST）判别水色异常区域,然后通过HJ-1号卫星真彩色影像中褐潮水体与非褐潮水体之间的水色差异,综合判读褐潮,最后以2014年5月秦皇岛海域的卫星遥感数据为实验数据进行实例研究。结果表明,当Chl a≥2.5 mg/m3和15℃≤SST≤25℃时为海水水色异常阈值,并且褐潮水体在HJ-1号卫星真彩色影像中呈明显的黄绿色,该综合判别法用于微微藻褐潮监测是可行的,这为进一步开展微微藻褐潮业务化监测奠定了基础。     

基于FY3C地表温度重建的多云地区旱情监测评估

受热红外传感器无法探测云下地表信息的影响,热红外遥感数据失去了对多云地区旱情监测的能力。采用RSDAST（Remotely Sensed Daily Land Surface Temperature Reconstruction）模型实现了FY3C/VIRR（Visible and Infrared Radiometer）云像元LST值的重建,结合重建后LST和NDVI数据采用TVDI指数对2018年重庆市干旱进行监测分析,并通过对比土壤墒情数据与OTVDI（Original TVDI）和RTVDI（Reconstructed TVDI）间的相关性来评估RTVDI在多云条件下旱情监测的能力。评估结果表明：基于RSDAST模型扩大了多云地区遥感干旱监测的空间范围和时间连续性,提升了区域旱情监测的精度（长时间序列和空间分布上RTVDI与土壤墒情数据间的R值均高于OTVDI）,极大地提高热红外遥感数据在多云条件下的可用性和可靠性。     

基于FY-4A卫星数据反演气溶胶光学厚度及分析应用

风云四号A星（FY-4A）是我国新一代静止气象卫星,多通道扫描成像辐射计（AGRI）是风云四号静止气象卫星的主要载荷之一.为探究FY4A数据用于气溶胶光学厚度（AOD）反演的可行性,基于FY-4A/AGRI数据,利用暗像元算法对2019年2月23~26日及10月27~30日京津冀地区AOD进行反演研究,并与AERONET地基观测AOD数据进行了对比分析.结果表明,基于FY-4A数据及构建响应函数库,通过暗像元方法能较好的反演出京津冀地区气溶胶空间分布;AOD主要的高值区体现在京津冀中南部地区并向周边郊区逐渐降低,在AOD值较大时此特征较为明显;将反演值与同期AERONET地基观测数据对比验证,相关系数达到0.869,均方根误差为0.221,表明AOD反演值与观测值吻合较好,FY-4A卫星数据反演AOD具有一定可行性.     

基于FY-4A卫星数据反演气溶胶光学厚度及分析应用

风云四号A星（FY-4A）是我国新一代静止气象卫星,多通道扫描成像辐射计（AGRI）是风云四号静止气象卫星的主要载荷之一.为探究FY4A数据用于气溶胶光学厚度（AOD）反演的可行性,基于FY-4A/AGRI数据,利用暗像元算法对2019年2月23~26日及10月27~30日京津冀地区AOD进行反演研究,并与AERONET地基观测AOD数据进行了对比分析.结果表明,基于FY-4A数据及构建响应函数库,通过暗像元方法能较好的反演出京津冀地区气溶胶空间分布;AOD主要的高值区体现在京津冀中南部地区并向周边郊区逐渐降低,在AOD值较大时此特征较为明显;将反演值与同期AERONET地基观测数据对比验证,相关系数达到0.869,均方根误差为0.221,表明AOD反演值与观测值吻合较好,FY-4A卫星数据反演AOD具有一定可行性.     

基于STL的南海海表温度组合预测模型

海表温度（sea surface temperature,SST）是海洋科学研究的重要内容之一。SST的异常波动导致海洋灾害、气象灾害现象时有发生,SST的精确预测对海洋环境保护和海洋经济发展有重要意义。针对SST序列的季节性、非平稳性,首先利用周期趋势分解算法（seasonal-trend decomposition procedure based on loess, STL）对数据进行预处理,分解得到季节分量、趋势分量和残差分量子序列,依次选择相应的预测方法构建组合模型。季节分量应用具有时间嵌入编码模块的Transformer网络预测,充分挖掘序列全局信息,解决时间序列长时间依赖问题;趋势分量应用线性回归模型预测;残差分量应用自回归模型预测。选取南海海域单点SST数据,应用基于STL的SST组合预测模型建模,预测5 d的SST值。实验结果表明,本文模型在单点SST预测任务中,能够有效捕获SST变化规律,提高预测精度。     

基于人居尺度的中国城市热岛强度时空变化及其驱动因子解析

全球变暖的大背景下城市地表热环境的日趋恶化是全球现代城市共同面临的生态环境问题之一,对城市地区居民的身心健康、空气质量改善以及植被生长发育等诸多方面造成不利影响.本文利用2001~2018年时间序列MODIS地表温度数据产品,基于一致性方法对我国1232个主要城镇人居斑块（面积>10 km²）的热岛强度及其时空变化模式进行了定量测度,并应用随机森林回归模型（RF）试图揭示人类活动、城市形态、地形、植被以及气象因素对我国城市热岛强度的非线性驱动机制.结果表明,在人居尺度上,我国超过90%的城镇存在显著的昼夜热岛现象;昼夜城市热岛强度分别达到（0.75±0.6）℃和（0.81±0.53）℃,且夏季日间热岛强度显著高于冬季,冬夏季节夜间热岛强度差异不大.2001~2018年间我国白天热岛强度呈现逐年轻微下降趋势,而冬季夜间热岛显著增加,在夏季和年均尺度上则无显著变化.在空间分布上,我国东部沿海省份的白天热岛强度显著高于西北和高原省份,而夜间热岛分布模式正好与之相反.RF回归结果表明,城镇的气候背景（年均降雨量）和地理位置（纬度）是我国昼夜城市热岛的最为重要的两个主控因子.此外,缩小城乡绿色植被覆被差异对白天热岛的减缓将起到一定作用,而优化调控中小型城镇建成区规模与人口密度对缓解我国夜间热岛的持续升高也将起到积极作用.     

南海北部主要海表温度锋面的时空变化特征

本文利用2003年—2017年卫星遥感海表温度数据,研究我国南海北部主要海表温度锋特征。结果表明:南海北部海表温度锋常年存在,锋面特征存在明显的月变化,锋面范围和强度从1月开始逐渐减小,11月达到谷点,12月再次升高;南海北部温度锋具有琼东-粤西温度锋、粤东温度锋和台湾浅滩温度锋三个强锋面和粤西陆架陆坡温度锋和东沙群岛南陆坡温度锋两个次强锋面,1月,自西向东,三个强锋面的最大强度分别为0.036℃/km,0.038℃/km和0.068℃/km,两个次强锋面的温度锋出现概率均大于75%,至11月份,除三个强锋面仍然存在外,其它海域温度锋消失。粤西陆架陆坡温度锋从1月—4月由陆架逐渐过渡到陆坡和深海,东沙群岛南陆坡温度锋出现在5月。     

北太平洋柔鱼渔场时空分布与海洋环境要素的研究

根据2010 年7~9月和2011年7~10月“舟渔1301#” 2个航次的北太平洋柔鱼渔场海上调查资料,利用渔获生产数据?海况天气数据以及同期的卫星遥感获取的海表面温度(SST) ?海表盐度(SSS)及叶绿素a (Chl-a)浓度和海流等数据,分析柔鱼的中心渔场分布与海洋环境的变动关系.研究结果显示:整个调查期间渔获频次在SST和Chl-a因子上均呈正态分布,渔场高产的最适SST范围为18~20℃, 最适SSS范围为33.60‰~34.80‰, 最适Chl-a浓度范围为0.08~0.24mg/m3,其中SST与柔鱼渔场之间有较好的匹配关系,中心渔场通常位于18~20℃的等温线附近,且位置一般出现在冷水团和暖水团交汇区的冷水团一侧;中心渔场位于亲潮和黑潮交汇混合区的向北一侧,离交汇地带的距离较近,而且随着时间的推移,渔汛期间中心渔场的位置逐步往其向西北方向移动.总体上多个环境因子皆可作为确定潜在中心渔场的指标,但以海表水温为最佳,另外辅助寒?暖流的交汇情况以及Chl-a浓度?天气海况等因素来综合分析,判断渔场的中心位置会更准确.     

中国地表城市热岛驱动因素及其空间异质性

基于MODIS卫星遥感数据,计算了中国284个地级市2018年的年平均地表城市热岛强度,分析了中国地表城市热岛的空间分布规律和空间集聚模式.结合多元遥感数据、气象数据和社会经济统计数据,利用地理加权回归模型分析了日间和夜间地表城市热岛强度主要驱动因素的空间异质性结果表明,中国地表城市热岛强度的空间分布存在明显的空间自相...     

河北海域海面温度遥感反演业务化算法

对MODIS数据海面温度反演传统劈窗算法进行修正,建立了适用于河北海域的海面温度反演模型。模型的系数是通过河北近海海域海面温度的实测数据与准同步的MODIS数据回归获得。利用实测数据对模型精度进行验证。结果表明,模型反演值与实测值一元线性回归R2为0.984,平均误差为0.4℃,平均相对误差为2.3%,均方根误差为0.5℃,满足业务化监测要求。最后将该反演模型应用到了2012~2014年河北海域海面温度遥感监测,分析统计年际变化趋势。该模型能够较真实地反映河北海域海面温度的分布变化状况。     

夏季南奥克尼群岛西部水域南极磷虾资源时空分布及其与表温之间的关系

根据2010年1月31日～2月13日在南极南奥克尼群岛西部水域开展的南极海洋生物资源调查期间收集的数据及卫星获取的水温数据(海水表温和表温距平),对南极磷虾时空分布及其与表温之间的关系进行了分析.结果表明:(1)02:00～18:00为南极磷虾群出现频率较高的时段,随后南极磷虾群出现概率开始下降,至22:00 ～02:...     

北京气象塔夏季大气臭氧观测研究

2000年夏季7～8月,以北京325m气象塔为观测平台,分别在8,120,280m高度上进行了大气污染物臭氧(O₃)及其前体物氮氧化物(NO_x)和气象要素加强期的同步观测.对观测资料的分析表明,边界层内存在明显的臭氧浓度垂直差异;低层臭氧浓度呈明显的日变化,且昼夜振幅较大;对O₃浓度与NO₂/NO的比值作线性拟合分析发现,白天(10:00～16:00)O₃浓度与[NO₂/NO]的比值成线性关系,即达到光化学稳定态,但受气象背景场影响较大.     

全球SST的季节特征及长期变化趋势分析

利用来自NCEP/NCAR的Sea Surface Temperature(SST)资料,对全球海域近150 a SST的季节特征和逐年变化趋势进行分析。结果表明:(1)全球大部分海域SST呈显著的逐年线性递增趋势,同时也表现出很大的区域性差异,线性递增趋势较强的海域主要集中在:北太平洋中部海域(0.003~0.006℃/a)、赤道中东太平洋(0.004~0.006℃/a)、南大西洋大部分海域(0.006~0.01℃/a)、南印度洋西部海域(0.006~0.009℃/a),仅在冰岛西南部海域、两极部分海域呈显著的递减趋势,与全球变暖的大背景相吻合;(2)全球部分海域的SST变化趋势由冬季占主导,部分海域的SST变化趋势由夏季占主导;(3)全球海域存在三大永久性暖池,且具有2.78~3.13 a、3.45 a、5.26~5.88 a的共同周期及100 a的长周期震荡。