基于HJ 1A/1B卫星遥感数据的积雪识别方法研究

积雪分布与变化是标示气候变化的敏感因子,采用具有长时间序列的大范围同步获取信息优势的卫星遥感数据进行积雪识别提取,具有重要的理论意义和实际应用价值。针对HJ 1A/1B卫星数据,结合积雪遥感监测的理论方法,在分析HJ 1A/1B卫星CCD和IRS传感器光谱响应特征的基础上,将应用较广的归一化差分积雪指数(NDSI)引入到HJ 1A/1B卫星中,得到了基于CCD和IRS两个传感器数据的HJ NDSI积雪识别方法。为避免由幅宽、扫描区域等因素的差异引起的两种不同传感器同时相数据难获取的问题,对HJ NDSI方法进行了改进,提出了一种仅利用IRS传感器数据的HJ MNDSI积雪识别方法。通过对HJ卫星数据的统计分析,给出了两种方法中的推荐阈值。以西藏普兰为实验区,对上述两种方法得到的结果进行精度评价,结果表明,HJ NDSI和HJ MNDSI方法提取积雪的精度分别为97.66%和94.92%,均能满足实际应用的需要,但HJ MNDSI方法能保证更大的积雪监测范围。     

基于RS和GIS的2008年长江中下游雪灾监测——以湖北省为例

2008年1月中旬至2月初,我国长江中下游地区出现了大范围持续低温、雨雪、冰冻天气气候事件,造成了特大积雪灾害。以湖北省为例,基于RS和GIS技术对这次雪灾进行了动态的监测评估。利用连续多天的卫星遥感资料和积雪深度观测资料,在GIS的支持下,计算归一化差分积雪指数（NDSI）,提取积雪分布信息,并根据不同海拔高度,确定了积雪深度的NDSI分层阈值,实现了3层积雪深度(0～10、10～20 和20～30 cm)的判识。针对积雪区内不同的土地利用类型,统计了不同深度的积雪面积。结果表明：湖北省近90%面积被雪覆盖,其中江汉平原、鄂东北和鄂东南等地雪灾最为严重,部分地区积雪深度在20 cm以上;水田、旱地等农业用地以及湖泊、水库、河渠等水系积雪最为严重,居民点用地也有较大范围的积雪,居民生活受较大影响;2月2日以后积雪面积逐日减少,到2月8日,积雪基本融化。在上述研究基础上形成了基于RS和GIS的长江中下游积雪监测的业务流程.     

运用MODIS数据反演洪湖叶绿素a含量业务可行性分析

洪湖是湖北省最大的湖泊,具有调蓄、灌溉、供水、渔业、物种保护、航运、旅游等多种功能,是长江中下游典型的大型浅水型湖泊。传统的设点监测费力、费时,随着遥感技术和手段的进步,遥感反演洪湖叶绿素a浓度成为技术上可能。利用2005年至2010年6年监测数据与同期MODIS数据进行统计分析,研究业务上进行洪湖叶绿素a含量反演的可能性,结果表明：当叶绿素a含量比较高时,它成为影响湖中NDVI指数的主要因素,当浓度较低时,它与NDVI指数相关性差,表明它不是主要要素;通过分析不同时段两者统计关系结果为：12～2月因藻类浓度比较小,叶绿素a浓度低,加上其它要素干扰湖中NDVI指数,监测数据与同期MODIS数据中NDVI指数相关性比较低（也是极显著相关）,其它时间都有较好的相关性（相关系数都高于085）,研究表明：运用MODIS数据中的NDVI指数能准确监测洪湖叶绿素a含量。并提出相应的业务处理流程与方法     

江苏省大气气溶胶光学厚度时空分布研究

气溶胶光学厚度（AOD）是气溶胶总含量的基本参数,可以用来反映大气污染程度。利用卫星遥感获取气溶胶光学厚度,可以弥补地面观测难以反映AOD空间分布和整体变化趋势的不足。以江苏省为例,利用2010年4~9月EOS TERRA MODIS数据,分别基于暗像元法（DDV法）和改进的暗像元法（V52法）,反演研究区2010年夏半年/春夏两季气溶胶光学厚度,并结合地面观测数据验证两种反演算法结果精度,最后分析研究区AOD时空变化特征。研究结果表明：在研究区,两种算法反演结果在整体趋势上保持一致,研究区AOD均表现出与植被指数NDVI较为明显的负相关关系,但V52法反演精度要明显优于DDV法;研究区气溶胶光学厚度存在较明显的区域差异和季节变化,具体表现为苏南AOD明显高于苏中、苏北地区,而在春、夏两个不同季节上,不同区域变化趋势不同,苏南地区春季AOD高于夏季,而在苏北地区则刚好相反,夏季AOD要高于春季     

基于MODIS数据的地表组分温度反演研究

组分温度的反演是当前定量遥感的一个难点。与众多的陆面温度遥感模型相比,成熟的组分温度遥感模型相对较少。通过对近地面热红外辐射能量的线性展开,建立了MODIS多波段植被、土壤组分温度反演模型。该模型将组分温度与地表温度定量联系起来,模型中所涉及到的参数充分考虑到研究区湿地环境的特点。在计算组分温度时,首先利用单窗算法得到的MODIS陆面温度反演模型计算地表温度,然后由所建立的组分温度模型计算植被、土壤温度。选用2005年10月31日的鄱阳湖地区MODIS数据试验,与实测的植被、土壤温度相比,反演的组分温度的误差在15~21℃;通过对模型参数的敏感性分析,表明该模型具有一定的稳定性。实践证明,该方法能够有效实现组分温度的分离,是一种组分温度反演的较好方法。     

基于多源卫星数据的三峡库区水体悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是评价水体水质及区域生态环境的重要参数之一。利用2020年5月长江三峡库区与长寿湖水体实测悬浮泥沙浓度及同步光谱数据，对照Landsat-8、Sentinel-2、GF-1三类卫星遥感影像数据，分析了不同卫星仿真波段与不同波段组合下离水光谱反射率与水体悬浮物浓度相关关系，筛选得到长江三峡水体悬浮物敏感波段，并尝试率定其有效参数区间。采用线性、指数、多项式等多种数理统计回归方法，分别建立三类卫星对应的反演模型，对比不同卫星可用于三峡库区悬浮泥沙浓度遥感反演监测的最优模型，选出一个最佳模型用于长江三峡库区的水体悬浮泥沙浓度遥感监测。结果表明：(1)三类卫星数据中近红外/绿光的波段组合与悬浮泥沙浓度均具有最显著的相关性，其中Landsat-8的相关系数为0.771 3 (P<0.001),Sentnel-2为0.773 4(P<0.001),GF-1为0.730 0(P<0.001);(2)三类卫星的最佳回归模型均为线性模型，模型R²均超过0.60以上，方程F检验均通过99%置信区间，说明常用的三类卫星均可以有效应用于三峡水体悬浮物的监测。但...     

MERIS卫星数据定量反演长江河口的悬沙浓度

悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数,获取其空间和时间上的分布,有助于水环境监测及泥沙输运观测。首先介绍了欧空局（ESA）发射的ENVISAT上携带的中分辨率成像光谱仪（MERIS）基本特点,其数据较SeaWiFS、MODIS在水色波段设置和灵敏度上具有一定优势,然而在我国高浑浊河口如长江口,MERIS二级产品如离水辐射率和总悬浮物浓度的反演结果与实测数据有较大的偏差。故直接利用其一级数据即传感器接收到的辐射率,采用基于辐射传输模型的MODTRAN算法进行大气校正以获得水表遥感反射率。应用遥感反射率与悬沙浓度的关系模型,反演了2005年夏季三个寻常潮（7月30日、8月3日、8月9日）悬沙浓度。通过对反演结果与实测数据进行分析,得出反演偏差可由二级产品90%相对误差降低到53%左右。最后给出了2005年8月15日、9月16日悬沙浓度分布图,通过分析得出利用MERIS数据反演高浑浊河口悬沙浓度是可行的.     

基于实测光谱分析和MODIS数据鄱阳湖叶绿素a浓度估算

基于遥感的大面积水体监测技术为水环境监测提供了一种有效手段。以鄱阳湖为研究区,以反映水体营养状态的重要指标叶绿素a为研究对象,在测定研究区水体光谱及叶绿素a浓度和收集了相应时间的MODIS数据的基础上,采用浮游藻类指数法（Floating Algae Index,FAI）提取鄱阳湖水体范围,对鄱阳湖水体实测光谱数据进行剔除异常、归一化及光谱微分处理,构建波段差值、比值、归一化差值等光谱指数,利用最小二乘原理迭代分析水体叶绿素光谱响应特征,得出敏感波段范围：673～680 nm与650～665 nm、680～710 nm与650～670 nm、662～671 nm与700～720 nm光谱区间组合。选择最佳通道组合,建立基于MODIS影像的鄱阳湖叶绿素a浓度反演模型,相关系数为067。应用该模型得到2011年秋季鄱阳湖的叶绿素浓度估算值,反演结果显示湖区水体叶绿素浓度总体不高,且在空间分布上湖区水体周边与陆地交界处比湖中心区浓度偏高。分析认为：通过对实测光谱的定量分析,获得对鄱阳湖地区水体叶绿素浓度的光谱特征认识,揭示出其反射光谱的长波漂移现象,为鄱阳湖这一富营养化程度底,且水体分布不均匀区域建立一种叶绿素浓度反演方法,可为该区域长期的水环境管理提供方法借鉴     

基于遥感与地理探测器的长江三角洲空气污染风险因子分析

大气颗粒物是目前主要的大气污染物,卫星遥感反演气溶胶光学厚度(AOD)数据可弥补大气颗粒物地面观测站点空间覆盖的不足。以长江三角洲16个主要城市为研究区域,将Terra和Aqua两颗卫星MODIS传感器2013年的AOD产品,经过垂直订正和湿度订正转换成近地面气溶胶消光系数,以此反映该地区的空气污染情况。基于地理探测器方法,定量地分析长江三角洲地区空气污染的主要风险因子以及各因子的影响强度。空气污染风险因子包括GDP、人口、坡度、土地覆盖类型、平均气温、平均降水量和平均风速。结果表明:长江三角洲地区的空气污染分布呈现北高南低的特征;气象类要素对空气污染的空间分布影响显著,其中降水量的影响最大;各个风险因子对空气污染分布的影响有明显的交互增强作用。     

1982~2010年洞庭湖流域植被指数的变化及其与气候因子的相关分析

基于GIMMS 3 g、PAL、LTDR V3、FASIR及MODIS 5种不同的遥感影像数据,及洞庭湖流域30个气象站点的气温、降水和日照时数月值数据,采用逐像元一元线性回归模型,对比分析了在不同数据集背景下的植被变化趋势,并基于时间序列长度以及数据精度的考虑,选择GIMMS 3 g作为研究洞庭湖流域植被覆盖变化的基础数据集,进而利用相关系数和多元线性回归分析模型探讨流域植被覆盖变化与降水、气温、日照时数的关系。结果表明:(1)过去29 a间,流域GIMMS 3 g NDVI在时空尺度上均以增加趋势为主,1998~2000年出现最大的降低,以植被覆盖较好的山区减少最快;(2)去除年际变化趋势和季节性影响的NDVI与同期降水量距平、累积3个月气温距平值及同期日照时数距平值相关性程度最高;(3)统计意义上,降水量、气温和日照时数解释洞庭湖流域植被月NDVI变化的37%,日照时数对该流域NDVI变化的影响最大,其次为降水和气温;(4)在时间和空间范畴,生长季NDVI可以作为反映洞庭湖流域森林覆盖率变化的指标。     

利用中巴地球资源卫星数据反演武汉市湖泊营养状态指数

以武汉市主要湖泊为例,研究了利用中巴地球资源卫星（CBERS2）数据反演水体营养状态指数（TLI）。研究旨在评估利用中巴地球资源卫星数据来估算内陆水体富营养化程度的可能性。首先利用地面水质监测数据计算武汉市某些湖泊监测点的“真实的”营养状态指数（包括综合营养状态指数和修正的Carlson营养状态指数）,同时,在事先经过辐射校正和几何校正的CBERS2图像上,以9×9像元为采样窗口,提取各个对应地点的灰度值均值（从波段1至波段4）;然后,采用多元逐步回归分析,以各波段灰度值均值为自变量,建立营养状态指数经验遥感反演模型;最后,利用模型对整个湖泊水体的营养化状态指数进行反演,并绘制了其空间分布图。 结果显示,营养状态指数的自然对数值与CBERS2图像各波段灰度值之间存在较好相关关系,回归系数平方值(R²)为0.51。利用反演模型反演得到的湖区水质分布与实际情况基本相符。由于CBERS2图像数据可以从我国许多数据分发中心免费获取,这为低成本的水质遥感监测提供了一条途径。     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

长时序丹江口水源区NDVI数据集构建及其时空动态变化分析

由于不同传感器时空分辨率不一致，当前NDVI动态变化研究存在研究时间较短的问题。基于EOT算法，以丹江口水源区为例，借助重叠时期的GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据，将8 km分辨率GIMMS NDVI数据重采样为1 km，构建了1982～2018年NDVI长时序数据集，并在此基础上分析丹江口水源区NDVI时空动态变化。结果表明：EOT算法在空间重采样中具有良好的适用性。EOT NDVI与MODIS NDVI之间拟合度较高（R=0.929，P<0.01，n=24），EOT NDVI与Landsat NDVI之间表现出显著相关关系（R=0.702，P<0.01，n=200）。空间上，EOT算法在土地利用类型较为复杂的区域受混合像元的影响，预测精度降低，在植被分布连片的区域预测精度较高。基于时序NDVI数据分析，研究时段内NDVI呈现波动上升趋势，变化趋势为0.002 9 year-1。空间上，丹江口水源区NDVI以显著增加为主（P<0.05），在汉中市、安康市河流附近以及北部商州市、南部竹溪县等区域年均NDVI增加趋势较其他区域明显；年均NDVI呈现减小的区域主要分布在丹江口水库、十堰市、南阳市、平利县等经济发展较快的区域。Mann-Kendall检验显示年均NDVI时间序列没有突变现象，但局部区域NDVI在不同时间呈现差异。     

三江源区植被覆盖度的定量估算与动态变化研究

植被覆盖度是衡量地表植被状况的重要指标,其时空分布和变化对政府进行区域规划和决策起着重要作用。MODIS植被指数是区域植被覆盖度提取的重要数据源。利用2000年1月到2009年10月的MODIS 250 m归一化植被指数16 d合成产品（MODIS NDVI）和其他MODIS辅助数据估算三江源区的植被覆盖度并分析时空格局变化趋势。在混合像元二分模型的基础上改进了NDVI参数的确定方法,然后利用重构后的MODIS数据估算植被覆盖度。与2007年8月的野外采样点数据比较,估算精度是8772%,相关系数r为0889 7,表明该模型估算大面积植被覆盖度是可行的。将获得的植被覆盖度分为5个等级,从年最大化植被覆盖度Mfc的角度进行10 a里植被覆盖度的年际变化趋势分析和时空格局变化分析。趋势分析结果表明,2000~2009年三江源区植被覆盖波动式变化,东北部地区得到改善,西部地区在退化,总体呈现退化趋势;时空格局变化分析结果表明,植被覆盖破碎度降低,趋于集中化分布;不同等级覆盖度分布的复杂化程度降低     

基于RS和GIS的武汉城市热岛效应年代演变及其机理分析

为了更客观地揭示“火炉”武汉的城市热岛效应,利用1987、1994、2005年共3期TM影像数据,在地理信息系统（GIS）的支持下,反演并计算出武汉市城区不同年代的热岛强度、植被覆盖率、土地利用类型及城区面积。在对存在较大差异3期的热岛强度数据进行标准化处理的基础上,分析了武汉城市热岛效应的现状及年代演变,定量分析了城区热岛强度分布与土地利用类型、植被覆盖率的相关关系。结果表明：武汉城区热岛效应十分明显,特别是在工业区和商业区;20世纪80年代以来,武汉热岛面积不断变大;热岛强度与植被覆盖率呈负相关关系,植被覆盖率每提高10%,热岛强度约下降11℃;不同土地利用类型对热岛贡献不同,水体和植被区域可以缓解城市热岛效应,而工商业用地、道路等则加剧热岛效应;武汉市城区面积扩大、植被覆盖率降低、水域面积减少,是导致热岛效应不断加剧的原因。     

南京城市热场的卫星遥感分析

城市化使得城市数量和规模不断增加,城市作为人类对自然环境改造最为剧烈的部分,具有独特的区域环境,其中城市内部温度显著高于周边郊区的热岛效应是一个突出的城市环境问题,受到了普遍关注和研究。南京市是长江中下游特大城市,城市热岛效应明显,但对其研究很少。利用两个时相的MODIS 31波段数据,生成南京城市亮温场,分析了南京热场的分布、大小,利用亮温场均值、方差和相对温度评价城市热岛强度,并对两个时相城市热场的范围及强度变化进行了分析,取得了较好的效果,认为由于MODIS数据的高时间分辨率和实时免费接收政策使其用来动态监测城市热场是可行的。     

基于高分一号影像的江汉平原表层土壤湿度指数反演研究

土壤湿度指数遥感监测在农业生产中具有重要的作用。为探讨国产高分一号（GF 1）遥感数据在江汉平原农情参数快速获取中的适用性,以潜江市2017年3月8日的GF 1 WFV影像和106个采样点的土壤湿度实测数据为数据源,选择垂直干旱指数（PDI）、改进型垂直干旱指数（MPDI）和植被调整垂直干旱指数（VAPDI）,对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证。研究结果表明：PDI、MPDI、VAPDI与土壤湿度实测含水量的决定系数分别达到0.649、0.802和0.821,实测土壤含水量验证精度评价也表明各模型均能满足反演的精度要求,说明基于GF 1 WFV影像开展江汉平原的大尺度土壤湿度反演是可行的;在植被覆盖中等区域,MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,反演的精度要比PDI高,但在高植被覆盖度区,采用垂直植被指数（PVI）修正的VAPDI不易出现植被覆盖饱和现象,具有更高的反演精度;基于3种指数模型反演的土壤湿度指数空间异质性基本一致,但MPDI、VAPDI对土壤湿度变化更为敏感,能反映出不同植被覆盖类型下土壤湿度的实际水平。研究结果可为江汉平原大范围和动态监测表层土壤湿度指数提供理论基础和实践参考。 关键词： 高分一号;土壤湿度指数;PDI;MPDI;VAPDI;江汉平原     

基于C5.0决策树算法的元胞自动机土地利用变化模拟模型

C5.0决策树算法可以揭示数据中的结构化信息,建立直观、易于理解的树形结构,可以用于元胞自动机转换规则的获取。提出了基于C5.0决策树算法的元胞自动机模型,分析了模型构建的理论和原理以及实现方法。在此基础上,以杭州市城市用地演变为例,利用C5.0决策树算法从已有的城市用地及其影响因子数据中挖掘出城市用地的演变规则,并将获得的转换规则应用到元胞自动机模型中进行城市用地演变的动态模拟与预测。结果表明：（1）利用C5.0决策树算法获取转换规则可以在较低采样率的前提下保证具有较高的精度;（2）与其它获取元胞自动机转换规则的方法相比,C5.0决策树算法生成的规则清晰明确,很适合用来获取元胞转换规则;（3）基于C5.0决策树算法的元胞自动机模型在模拟城市用地演变方面具有较高的模拟精度,模拟结果可靠.     

基于遥感反演长江中游地区悬浮泥沙研究

悬浮泥沙定量研究对于调查长江的水质、地貌、生态环境等起着至关重要的作用。以长江中游武汉地区2012~2013年14幅不同时相的Landsat ETM+遥感影像为主要数据源,结合野外采样悬浮泥沙浓度数据,分析了悬浮泥沙遥感定量反演方法,数据处理中针对ETM+SLC OFF影像缝隙问题,采用自适应局部回归匹配算法（ALR）进行影像自动恢复处理,在波段选择中对悬浮泥沙浓度和光谱反射率数据进行相关性分析,并运用传统关系建模方法和高斯模型方法对比,比较悬浮泥沙定量反演模型,利用实测验证数据对反演模型精度进行评估。研究结果表明：（1）ALR可以有效的获取悬浮泥沙敏感波段的遥感光谱反射率;（2）ETM+Band3悬浮泥沙浓度的高斯模型相关系数最高,通过对比得到模型反演的验证精度较高,研究证明遥感定量反演适合于长江流域武汉段泥沙含量大范围监测     

基于高光谱遥感和HJ 1卫星的冬小麦SPAD反演研究

冬小麦SPAD（Soil and Plant Analyzer Development）是评价其健康状况的重要农学参数,传统监测方法效率较低,旨在将田间监测和遥感技术相结合,探讨我国江汉平原地区冬小麦SPAD的遥感监测方法。研究选取湖北省潜江市后湖管理区为研究区域,利用ASD Fieldspec 3地物光谱仪和SPAD 502叶绿素仪在田间采集冬小麦冠层光谱和叶片SPAD,选取4种植被指数与叶片SPAD进行回归分析并构建预测模型。经模型精度检验,NDVI较适合对该地区冬小麦SPAD反演。然后将NDVI SPAD反演模型与HJ 1卫星影像相结合,进行研究区域的冬小麦SPAD反演,通过比较HJ 1卫星影像反演SPAD与田间实测值,经分析均方根误差（RMSE）为632。结果表明,利用NDVI植被指数模型能够较好进行研究区内冬小麦SPAD反演。实现了从地面监测到卫星遥感不同尺度的冬小麦SPAD反演,为大面积冬小麦SPAD监测提供技术和方法