紫外大气甲醛卫星遥感反演方法和研究现状

在我国长期稳定的甲醛观测站点十分缺失,卫星平台高时频、大面积覆盖等优势使得通过卫星遥感探测大气甲醛成为了一种重要的研究手段.本文讨论了现有载荷的反演理论和方法,分析了我国大气甲醛的研究现状及不足.简述了从20世纪至今可用于甲醛探测的主要载荷：GOME/ERS-2,SCIAMACHY/ENVISAT,OMI/Aura,GOME-2/MetOp-A（B）,OMPS/Suomi-NPP,总结归纳了各个卫星载荷仪器的轨道信息、时间空间分辨率等相关参数,以及各个传感器在大气甲醛遥感反演中的可行性.由于卫星自上而下的观测方式与地基平台不同,其反演方法也有不同之处,因此本文针对卫星平台综合论述了两种甲醛反演算法：传统的差分吸收光谱法（DOAS）和针对于甲醛反演的一系列改进算法以及近几年提出的主成分分析法（PCA）;另外,本文针对现有反演算法和时空分布在我国中东部地区的研究现状和不足进行了综合讨论,并给出了一定的改进策略.     

海洋水色遥感大气校正算法研究进展

本文针对Ⅱ类水体的光谱特性和海洋现象的特点,综述了Ⅰ类水体及近岸Ⅱ类水体的主要大气校正算法,并介绍了各种算法的适应范围和优缺点.通过对水色卫星传感器的技术发展现状的介绍,详细整理了目前主要卫星的大气校正算法,概述了Ⅱ类水体水色反演算法的研究现状和发展方向.并根据我国近海的水体特点提出了水色遥感研究需要解决的关键问题.     

基于环境一号卫星的太湖流域地表温度与地表类型的关系分析

利用我国新发射的环境一号小卫星数据,以2010年3月26日环境一号卫星的红外波段为例,尝试根据同步MODIS数据反演大气水汽含量参数,采用Jimenez-Munoz和Sobrino的普适性单通道算法反演地表温度,经MODIS地表温度产品验证,地表温度反演精度满足要求. 将人工目视解译的2009年太湖流域土地利用、地表温度和归一化植被指数作相关性分析. 结果表明:当林地和农田、草地植被指数相同时,林地的地表温度比农田和草地低,因此林地比农田和草地的调节温度效果好,在城市中增加林地的面积,对缓解城市热岛效应的作用最大.      

GPS遥感塔克拉玛干沙漠腹地水汽含量与降水关系

利用2009年7月和9月塔中站的地基GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演的大气水汽含量与局地降水之间的关系进行了分析,得到了塔克拉玛干沙漠腹地大气水汽含量的变化与降水的相互关系,这对于气象研究以及天气预报有着重要意义.结果表明:48 h GPS遥感的大气水汽含量增量和本站是否发生降水关系密切,大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有很好的相关性.采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量2个条件进行降水的判断,认为降水是否出现与水汽的高值区有很好的对应关系.     

利用高分四号数据监测“京津冀”地区陆地气溶胶

高分四号卫星是我国发射的新型高分辨率对地观测静止轨道卫星,在大气环境遥感监测方面有着广阔的前景。本文针对高分四号卫星的数据特点,以当前较为成熟的暗目标法为基础,利用浓密植被在红光和蓝光波段的线性关系,去除地表贡献,实现气溶胶光学厚度的反演,构建了应用于高分四号卫星数据的陆地气溶胶反演算法。在此基础上,利用2016年5月10日和20日过境"京津冀"地区的高分四号时间进行了反演试验,并利用地面CE318的观测结果进行了验证。结果表明,本算法能较好的反映气溶胶的空间分布,与地面结果有较高的相关性,但整体高于地面观测值。     

近地面PM_(2.5)浓度卫星反演研究进展

卫星反演近地面PM2.5浓度是大气科学研究的重要领域之一。本文从卫星AOD数据来源、反演算法和建立AOD-PM2.5反演模型等关键技术阐述了近地面PM2.5浓度卫星反演的研究进展以及存在的问题。针对数学统计法、物理订正法和耦合反演法,分别分析了三种方法的优缺点,并重点分析了物理订正法中的湿度订正和垂直订正技术。     

珠三角地区利用PM_(2.5)反演气溶胶数浓度谱方法

大气气溶胶数浓度谱分布(PNSD)对于大气辐射和光学计算至关重要,利用目前普遍观测的气溶胶质量浓度(PM2.5)来反演计算PNSD,能有效补充PNSD观测的不足,对于需要PNSD信息的研究工作如大气能见度计算等有重要的实用价值。本文利用2014年11月~2015年1月在广州城市站进行同期连续观测的干气溶胶粒子的PM2.5、PNSD数据进行客观分析,建立了一种使用PM2.5反演PNSD的方法,并评估了该方法的适用性。结果表明该反演算法具有较好的适用性和稳定性,对于积聚模态的PNSD反演效果较好,但对于PM2.5高浓度的反演结果差异较大。该反演方法将为珠三角地区的大气能见度计算和应用提供有利的依据和支撑。     

珠三角地区利用PM_(2.5)反演气溶胶数浓度谱方法

大气气溶胶数浓度谱分布(PNSD)对于大气辐射和光学计算至关重要,利用目前普遍观测的气溶胶质量浓度(PM2.5)来反演计算PNSD,能有效补充PNSD观测的不足,对于需要PNSD信息的研究工作如大气能见度计算等有重要的实用价值。本文利用2014年11月~2015年1月在广州城市站进行同期连续观测的干气溶胶粒子的PM2.5、PNSD数据进行客观分析,建立了一种使用PM2.5反演PNSD的方法,并评估了该方法的适用性。结果表明该反演算法具有较好的适用性和稳定性,对于积聚模态的PNSD反演效果较好,但对于PM2.5高浓度的反演结果差异较大。该反演方法将为珠三角地区的大气能见度计算和应用提供有利的依据和支撑。     

珠三角地区利用PM2.5反演气溶胶数浓度谱方法

大气气溶胶数浓度谱分布(PNSD)对于大气辐射和光学计算至关重要,利用目前普遍观测的气溶胶质量浓度(PM_(2.5))来反演计算PNSD,能有效补充PNSD观测的不足,对于需要PNSD信息的研究工作如大气能见度计算等有重要的实用价值.本文利用2014年11月～2015年1月在广州城市站进行同期连续观测的干气溶胶粒子的PM_(2.5)、PNSD数据进行客观分析,建立了一种使用PM_(2.5)反演PNSD的方法,并评估了该方法的适用性.结果表明该反演算法具有较好地适用性和稳定性,对于积聚模态的PNSD反演效果较好,但对于PM_(2.5)高浓度的反演结果差异较大.该反演方法将为珠三角地区的大气能见度计算和应用提供有利的依据和支撑.     

天地一体化遥感监测大气污染技术进展

天地一体化遥感监测技术通过地基和卫星融合互补,成为研究大气污染来源、传输和影响的重要方法.但目前国外主导的地基和卫星遥感算法不适应国内复杂大气环境,其数据可靠性尚需验证.为进一步推动国内大气研究自主性,厘清天地一体化遥感监测技术发展现状,对相应的平台建设、算法研发及应用实例进行介绍.结果表明:①可通过地基观测网络实时连续监测大气污染物的浓度（柱总量）/廓线信息,目前国内组建并运行了CNEMC空气质量监测网络和USTC地基遥感网络.②可通过紫外-可见波段卫星载荷获取全球/区域尺度大气污染物的浓度（柱总量）/廓线产品,GF-5搭载的EMI填补了国内该类载荷的空白,基于DOAS（BOAS）的柱总量反演算法、基于OE的垂直廓线反演算法是当下国际主流业务算法.③天地一体化遥感监测技术以高精度、广覆盖、准定位的优势得到快速发展,可为亟需解决的大气污染治理成效评估、作用机理研究、区域传输测算及精准溯源等难题提供技术支持.研究显示,天地一体化遥感监测技术需以应用化和业务化为导向,加快观测平台硬件建设,加强相关反演算法研发,深入融合多平台数据,全面推进大气遥感监测技术的立体化和系统化发展.      

基于非负矩阵分解和支持向量机的墨西哥湾溢油HJ-1星遥感图像分类

为提高国产自主卫星在海洋溢油监测中的精度,提出一种基于非负矩阵分解和支持向量机的环境减灾星(HJ-1)海洋溢油遥感图像分类算法。针对HJ-1星遥感图像,首先利用非负矩阵分解算法进行图像特征提取,相对图像光谱和纹理等图像基本特征,构造具有针对性的溢油图像局部化非负特征,更符合遥感图像特征所对应的物理意义。进而在新特征的基础上,采用支持向量机实现遥感图像分类,解决小样本训练问题。通过墨西哥湾溢油遥感图像仿真实验比较,证明该方法在HJ-1星溢油图像分类中的有效性。     

基于改进电法装置和深度神经网络的填埋场渗滤液水位探测

渗滤液水位检测和管控是填埋场环境风险管控的关键之一,高密度电法装置具有无损、快速和分辨率高等优点,但填埋场铺设的HDPE防渗膜的高阻特性掩盖了渗滤液的低阻特性,反演结果存在探测精度差、探测范围有限等问题,无法有效识别渗滤液水位. 为此,本文设计了改进的川字型采集装置并配套提出了基于深度神经网络的非线性反演算法——EConvNet-C,通过构建高仿真模拟模型获得了代表性场景下的学习样本,并进行学习训练得到了渗滤液水位与观测数据的非线性映射关系. 对上述改进的电法装置和配套的反演算法的有效性进行了验证,并开展了实际填埋场地的案例研究. 结果表明:①基于川字型装置的EConvNet-C反演的电阻率存在明显的分层特征,在场景A中EConvNet-C反演算法的均方误差(MSE)均在0.00230以下,渗滤液水位探测精度均在90.0%以上. ②以“浅层滞水”形式非正常积存情况下,EConvNet-C探测精度略有下降,但MSE仍在0.00420以下,水位探测精度仍在80.0%以上. ③基于传统探测装置的深度神经网络耦合方法得到的渗滤液水位探测精度略低于基于川字型装置的EConvNet-C,而基于传统探测装置的线性反演耦合方法在HDPE膜高阻特性的影响下无法有效识别渗滤液水位. 因此,基于川字型装置的EConvNet-C在填埋场渗滤液水位探测领域具有较大潜力,可为后期开展垃圾填埋场的性能和风险评估提供指导.      

基于遥感数据反演技术的东海海洋环境谱编制

通过卫星遥感数据的大规模反演技术,获取了研究区域海洋环境要素的时空分布。研制了多通道温湿度综合测量仪,通过实测结果与反演结果的对比,验证了该方法的可信性和可行性。以我国东海海域5a的卫星遥感数据为基础,通过反演计算出该海域的温度、湿度和盐雾分布,编制出适用的海洋环境谱。     

基于无人机多光谱影像和OPT-MPP算法的水质参数反演

无人机多光谱遥感可用于监测多个水质参数,如悬浮物、浊度、总磷和叶绿素等,建立稳定和准确的水质参数反演模型是开展这一工作的前提.matching pixel-by-pixel(MPP)算法是一种针对无人机影像高分辨率特点的反演算法,但其存在运算量过大和过拟合的问题,基于此,提出optimize-MPP(OPT-MPP)算法,以克服运算量过大和过拟合的问题.本研究以浙江省杭州市青山湖作为研究区域,采集45个样本,分别构建悬浮物浓度(SS)与浊度(TU)的OPT-MPP算法反演模型.结果表明,最佳悬浮物反演模型的决定系数R~2达到0.787 0,综合误差为0.130 8;最佳浊度反演模型的决定系数R~2达到0.804 3,综合误差为0.150 3.最后利用分别建立的两个参数的最优模型,实现青山湖各实验区域的水质参数空间分布信息的反演.     

面向GOCI数据的太湖总磷浓度反演及其日内变化研究

总磷浓度是水质评价的一个重要指标,是水体富营养化、蓝藻水华暴发的重要影响因素,遥感技术具有范围广、时效高的优势,利用卫星遥感监测总磷浓度,对于水质和富营养化的研究有着重要意义.利用2013~2014年3次地面实验数据,构建了基于GOCI影像的总磷反演模型,为了检验模型的适用性,选取2014年春、夏、秋、冬各1日GOCI影像,对太湖总磷浓度的日内变化进行分析.结果表明,利用GOCI数据8个波段的波段组合作为变量,进行逐步回归分析所建立的模型具有较高的反演精度,模型的决定系数为0.898,平均绝对误差百分比为14.296%,均方根误差为0.026 mg·L~(-1).同时,利用地面实测样点与同步卫星影像对模型进行了精度分析,2014年8月5日和2014年10月24日同步影像的验证精度分别为:平均绝对误差百分比为33.642%和22.551%,均方根误差为0.076 mg·L~(-1)和0.028 mg·L~(-1).对4个季节中4 d的30幅影像对比分析表明,不同季节总磷浓度的绝对含量存在差异,但是,总磷浓度的时空分布及从早晨到下午的差异性存在相似性.从空间分布上看,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾及西南部沿岸小梅港、长兜港总磷浓度长期偏高,各个区域的总磷浓度变化受到风向、风速等因素的影响;从时间变化上看,早上总磷浓度最高,随后逐渐降低,反映了总磷浓度受到温度和光照影响的效果.     

遥感与GIS在河流水质环境背景分析中的应用——以台湾基隆河为例

为了研究河流水质受到流域环境背景和人类活动的影响 ,运用 TM影像和 SPOT影像 ,在地图资料、统计资料以及实测资料的基础上 ,结合遥感和 GIS技术 ,对基隆河水质及其与环境背景和城市污染的关系做了分析 .根据遥感影像灰度值与水体反射率和水中悬浮固体含量之间的相关关系 ,运用 SPOT影像和实测数据将基隆河悬浮固体含量分为 4级 .并进行了基于 GIS专题信息的基隆河流域环境遥感制图 ,通过水体悬浮固体浓度等级与环境背景、排污口的比较 ,通过计算各等级水体与各种环境背景相邻的边界长度 ,得出基隆河悬浮固体含量主要受环境背景和城市排污的影响 .     

基于环境一号卫星的太湖叶绿素a浓度提取

综合环境一号小卫星的CCD数据和同步地面水质监测数据,发现可见光红波段与近红外波段的波段组合与叶绿素a实测浓度存在较高相关性,并以此为基础建立了3个提取水体表层叶绿素a浓度的遥感信息模型.经验证分析,基于近红外波段与红波段比值的模型用于叶绿素a浓度反演提取的精度良好,RMSE达到了6.04mg/m3.将该模型应用于环境一号卫星CCD数据,生成了2009年5~12月共8幅太湖水体叶绿素a浓度分布图,并对其进行了时空分析,结果符合实际,并与以往的研究结果相一致.但模型不适用于水生植被覆盖较多区域叶绿素a浓度估算.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.     

利用GOCI卫星数据开展秦皇岛海域叶绿素a浓度反演

利用2016年4月23日、4月24日、6月1日和7月6日采集的水体实测数据及同期的GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）卫星遥感影像,开展秦皇岛海域的叶绿素a（chlorophy a,Chl a）浓度研究。通过归一化暗像元指数（normalized dark pixel index,NDPI）对影像8个波段组合的辐射率与Chl a浓度进行相关性分析,选择相关系数≥70%的波段组合作为自变量,构建Chl a浓度反演模型（R2=0.956）。经独立时相实测数据检验,模型平均相对误差为25.3%。利用该模型反演秦皇岛海域2017年12月—2018年11月的Chl a浓度,结果显示,秦皇岛海域近岸的Chl a浓度总体较高,秋、冬季节总体浓度较低,夏季出现浓度峰值。     

基于环境一号卫星多光谱影像数据的三湖一库富营养化状态评价

环境一号卫星是我国2008年自主发射的环境与灾害监测小卫星,其2d的时间分辨率使其成为环境变化监测的重要数据源.根据实测的太湖、巢湖、滇池和三峡水库的水面光谱信息以及水质参数,构建基于环境一号卫星多光谱数据的富营养化评价模型,对太湖、巢湖、滇池和三峡水库2009年水体营养状况进行了评价分析.研究结果表明:利用环境一号卫...