GIDS空间插值法估算云下地表温度

选用陆面区域温度最佳空间插值法—梯度距离平方反比法(GIDS),为近似估算云下地表温度提供了可能。实验选取暖季南京江宁地区ETM+影像和ASTERGDEMV1高程数据,探索分析GIDS估算云下地表温度的可行性和可信性。对14种空间大小云覆盖区实验研究表明:利用GIDS插值估算云下地表温度具有可行性,且估算误差随着云覆盖区范围增大而增加,其最大MAE<0.9℃,最大RMSE<1.2℃,并在云覆盖区小于100×100像元时,最大MAE<0.8℃、RMSE<1℃;插值精度与最近邻无云像元典型代表性、区域内空间复杂度和地表覆盖类型均有关,存在不稳定性和动态性;云下NDVI均方差与MAE、RMSE有着一致变化趋势,借助NDVI均方差指示云下地表空间异质性及NDVI–LST负相关性,可对插值结果进行可信性评判,以避免插值结果盲目应用,推进和提升地表温度产品应用价值。     

基于Landsat TM数据的北京城市热岛研究

利用Landsat TM热红外波段数据，根据辐射传输方程反演得到北京地区地表温度，讨论了北京城市热岛现象及其与土地覆盖类型和植被指数的关系。结果显示，北京城区地表温度明显比郊区地表温度高。通过地表温度对比分析发现，城区平均地表温度比近郊区和远郊区地表温度分别高出4．5℃和9℃，城市热岛效应明显。城区不同地表覆盖类型的地表温度也有显著差异，城市地表温度与NDVI具有明显的负相关关系，城市地表植被覆盖度低是城市热岛出现的主要原因。     

沙漠地区微波地表发射率年内变化规律与气候因子的关系分析

以塔克拉玛干沙漠为研究区域,利用2008年AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)二级亮温资料和全球资料同化系统(global data assimilation system,GDAS)的地表、大气参数产品,反演研究区晴空条件下的微波地表发射率,进而根据不同的土壤类型,分析了沙漠微波地表发射率频谱年内变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:沙漠地表发射率与土壤类型密切相关,且不同土壤类型的发射率季节变化规律显著性不同;土壤含水量、地表温度与地表发射率的年内变化规律之间存在着显著相关性,地表发射率随土壤含水量、地表温度的增高而降低;地表植被覆盖度、植被含水量和地表粗糙度也是地表发射率的影响因子,其值均取决于土壤含水量,而土壤含水量受大气总水汽量和土壤类型的共同制约;以砂土为主的沙漠地表发射率更多受到沙漠深度的影响,随着沙漠深度的增加而减小。     

基于FY-2F数据的中国区域地表温度日变化模型评价及特征研究

地表温度日变化模型作为非常重要的输入参数在气象、水文、生态等领域研究中具有重要意义。风云二号(FY-2F)静止气象卫星的地表温度产品的时间分辨率为1小时,这为拟合精确的地表温度日变化(DSTC)模型提供了可能。本文首先利用194个气象站点对应的2014年的FY-2F地表温度产品评价了GOT01、VAN06、JNG06、INA08、GOT09和GEM_V这6种地表温度日变化模型在中国区的模拟精度,对不同时间窗口和不同地表覆盖类型拟合精度的差异进行了分析;其次,选用JNG06模型探究了中国区域地表温度随经纬度、季节和地表覆盖类型的日变化规律。研究结果表明:在不同时间窗口内,GOT09模型获得了全局最优的拟合精度,均方根误差为0.89 K;JNG06和GEM_V模型精度次之,均方根误差分别为0.92 K和0.94 K;GOT01、INA08和VAN06模型精度最差;各模型在城市和建筑区、农用地和自然植被以及常绿阔叶林这3类地表覆盖类型的拟合精度最好,其均方根误差在0.89—0.92 K,在其余地表覆盖类型的拟合精度在1.0 K以上。JNG06模型模拟的地表温度在4种典型的地表类型随纬度的变化规律较为明显,地表温度在1月份随纬度变化较为剧烈,在7月份整体波动较为平缓。综上所述,使用FY-2F地表温度产品建立的DSTC模型在中国区域具有较高的精度,模拟的地表温度随着纬度变化的规律较为明显。使用本文模型既可以纠正现有模型又可获取归一化地表温度产品,同时可以检验和标定陆面模式地表温度模拟结果。     

中国区域植树造林对地表温度的影响

近些年随着中国植树造林计划的持续进行,植被覆盖不断增长,进而影响中国地表环境。地表温度是表征地表物理过程的重要参数,是地表—大气能量交换中的驱动因子,广泛应用于气候、水文、生态及气象等研究中,是众多基础学科研究的关键参数之一。为了分析植树造林战略对局地和区域尺度的影响,以指导相应政策的制定,本文采用IBM（Intrinsic Biophysical Mechanism）方法研究了中国区域植树造林对地表温度的影响,并讨论了辐射效应与非辐射效应以及不同林地类型对地表温度的影响。结果表明：（1）植树造林对地表温度的影响在高纬度地区的寒冷季节表现为增温作用,而在温暖季节各纬度均表现为降温作用。（2）寒冷季节高纬度地区植树造林对地表温度的辐射效应较为强烈,而在其他季节各纬度植树造林对地表温度的非辐射效应占主导作用,辐射效应较为微弱。（3）开阔地转为林地时,不同林地类型对地表温度有不同的影响特征。开阔地转为落叶阔叶林时对地表温度的影响与植树造林对地表温度的总体影响变化具有相似特征,表现为在寒冷季节高纬度地区为增温作用,在低纬度地区均表现为降温作用,开阔地转为常绿针叶林、常绿阔叶林时对地表温度的影响均表现为降温作用。     

SBDART的参数化短波辐射传输模型

云层对地气系统辐射能量平衡有重要的调节作用,然而传统1维大气辐射传输模型仅能考虑晴空和全云两种情况。为了更好地研究云层对地表短波辐射的影响,以大气辐射传输模型SBDART(Santa Barbara Disort Atmospheric Radiative Transfer)为基础,在短波辐射传输基本方程中引入半球天空有效云覆盖度和区域真实云覆盖度两个关键云参数,考虑太阳方向和半球天空云层覆盖情况,对模型进行几何关系的修正。结合短波辐射的影响因素和SBDART模型的内置参数,选择13个参数,使用全局定量敏感性分析软件Sim Lab对修正后的模型进行参数敏感性分析及应用讨论。研究结果表明:该模型能够较好地描述云层对地表短波辐射的影响;对下行短波辐射和地表短波净辐射而言,太阳天顶角和地表反照率的影响最为显著;两个云覆盖参数在很大程度上也影响了地表短波辐射分量;在模型实际应用过程中,敏感性较强的6个参数均可以通过卫星遥感数据得到,模型具有较好的应用前景。由此可见,改进的短波辐射传输模型能够更好地考虑不同云层条件下、不同太阳–云–观测几何下的短波辐射传输问题,有利于提高短波辐射参量的遥感反演精度。     

全球典型流域地表覆盖变化与净生态系统碳交换量时空相关性分析

随着社会经济的发展,流域管理目标已从早期的防洪、供水、航运等转变为注重资源利用和生态保护的综合管理,并在全球生态系统碳平衡中扮演着重要角色。作为量化生态系统固碳能力的重要指标,净生态系统碳交换量(NEE)在不同地表覆盖类型中的碳源/汇能力存在显著差异。探究全球典型流域地表覆盖类型与NEE的时空相关性对流域生态管理等具有重要意义。本文以全球30 m地表覆盖数据(GlobeLand30)和全球陆地净生态系统碳交换量数据为基础,分析2000—2020年全球8个典型流域的地表覆盖及NEE时空变化特征,研究地表覆盖类型变化与NEE的时空相关性。结果表明：(1)2000—2020年,流域内耕地、裸地、人造地表、湿地、水体及苔原面积增加,草地面积先增加后减少,整体为增加状态;(2)2000—2020年,流域整体NEE先减小后增加,整体为减小趋势,碳汇能力增强;(3)2000—2020年,草地与NEE呈显著负相关,耕地、裸地、人造地表、湿地及水体面积与NEE在2010—2020年呈正相关,地表覆盖类型变化对NEE有显著影响。本文可为流域碳中和管制和土地利用空间优化调控提供理论参考,推动流域协同减排和高...     

航空遥感地表温度时间归一化

航空热红外遥感影像的航带宽度一般较为有限,通常需要进行连续飞行获得多个航带才能覆盖一个较大的研究区;由于地表温度随时间变化迅速,不同航带间地表温度存在差异。因此,进行不同航带影像拼接之前,需要对不同航带的地表温度进行时间归一化。本文基于温度日变化模型,构建了航空遥感地表温度时间归一化方法;结合Hi WATER试验区高密度的气象观测数据,分析了天气晴朗条件下,风速的大小和波动剧烈程度对地表温度日变化模型的影响,在此基础上发展了一种考虑风速影响的改进温度日变化模型。验证结果表明:两种模型均能够减小观测时间不同导致的地表温度瞬时波动差异;考虑风速影响的改进模型比未改进模型的精度提高0.3—0.6 K,且其提供的地表温度在时间尺度变化上更加符合实际情况。本研究建立的相关模型对于卫星遥感地表温度的时间归一化也具有借鉴意义。     

基于HJ-1B数据和SEBAL模型的陆面蒸散发遥感估算

利用HJ-1B卫星数据和SEBAL模型,进行了淮河上游段的陆面蒸散发(ET)遥感估算。选取2010年4期少云的HJ-1B卫星影像,首先对ET估算中需要的中间变量——地表温度、地表反照率进行了反演,反演结果与MODIS产品结果基本一致;在此基础上,结合部分地面气象观测数据,基于SEBAL模型进行ET估算,并利用水文站点的实测蒸发皿数据对估算的日蒸散发结果进行验证,相对误差在10%之内。将ET估算值与土地利用覆盖类型、地形因子对比分析发现,不同土地覆盖类型的ET量不同,ET空间变异性与地形特征有一定关联。     

利用NDVI估算云覆盖区的地表温度

利用同源不同时相的遥感影像替换云覆盖区下的NDVI值,确定无云区的NDVI与LST之间的函数关系式,再运用此函数关系和云覆盖区NDVI值估算其地表温度。以连云港市为例,针对NDVI-LST两者相关性应存在多种可能,验证其在线性关系、对数关系、二次多项式关系3种不同拟合关系下地表温度之间的差异及其估算精度。结果表明,3种拟合关系误差精度均在MAE<0.94℃,RSME<0.92℃范围内,且估算精度基本与相关系数呈负相关,能够满足一般实际应用的要求。     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ_0=10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N_0和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

地壳垂直形变模型的研究

本文重点研究了建立整个形变区域的形变速率曲面和形变加速率曲面,同时也研究了求这两种曲面的方法(基于多元逐步回归分析的间接法和直接法),从而使我们对整个形变区域有一个形变的整体概念,也使我们能方便地得出形变区任何一个已知其平面位置的点在任一观测期内的形变量。     

GPS高程拟合方法的研究

本文在76个拥有GPS大地高和正常高的已知的公共点作为原始数据的基础上,采用二次曲面拟合法、二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘法来建立研究区的似大地水准面,通过实例发现,二次曲面加权法、二次曲面多面函数法、二次曲面最小二乘配置法与二次曲面拟合法进行比较,外检验点中误差的精度得到提高,并且二次曲面拟合所得到的残差值比较大的点精度有明显的提高,同时改善了模型,证明这种组合方法在GPS水准拟合方面有效、可行。     

基于曲面拟合的GPS高程转换精度分析

针对大面积、地形复杂区域的GPS高程转换的精度问题,本文在对GPS高程拟合的基本原理及其具体的数学模型,如平面拟合、相关平面、二次曲面、三次曲面拟合模型进行研究的基础上,通过对新疆某区域的GPS/水准试验数据,利用Mat LAB软件进行编程计算,结果表明:平面拟合及二次曲面拟合模型对于试验区域的高程拟合复精度较差,而三次曲面拟合模型的转换精度较高,能满足后续的测量需要。     

地表发射率不同的估算方法对地表温度的影响

随着遥感技术的日益成熟,用热红外波段反演地表温度的方法也日趋完善,其中一个关键参数--地表发射率的估算,直接影响着地表温度的反演结果。基于TM6的热红外波段,分别采用最常用的Van的地表发射率估算方法和综合了覃志豪与Sobrino的估算方法,对北京地区的地表温度进行了反演,并在此基础上对这2种估算方法所得结果进行了比较,从而为找出更为有效的地表发射率估算公式提供依据。结果表明,对于农林地2种估算方法都比较适合,但是对于水体和城市等人口密集地区,则需要和当地的实测数据进行比对,从而确定更为合适有效的估算方法,以得到更为精确的地表温度结果。     

基于Coons曲面的规则格网DEM表面模型

内插是数字高程模型的核心问题。目前的内插模型主要是由离散的格网数据构建的连续曲面,直接以点推面,可能存在较大的地形误差。本文建立的Coons曲面DEM表面模型,首先利用离散的格网数据构造与格网边界相对应的地形剖面曲线的拟合曲线,再基于拟合曲线构建DEM表面模型。实验表明：Coons曲面DEM表面模型是一种高精度的DEM表面模型,其地形模拟误差比直接基于格网数据建立的双线性内插、样条函数内插和移动曲面拟合法的误差都小,实际地形模拟误差与双线性模型相比减少15％-28％,且精度随着构建边界拟合曲线所用格网点的增多而逐渐提高。     

北京地区地表反照率TM数据反演与分析

反照率是一个广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究的重要参数。本文利用2010年的TM影像反演北京地区地表反照率,首先利用6S模型对影像进行大气校正,得到地表反射率,进而,利用TM的5个波段的反射率,根据经验公式,计算了北京地区的地表反照率;对北京市地表反照率的分布情况、不同下垫面的反照率、以及反照率与LST和NDVI的关系进行了分析,得出了结论。     

测地坐标系的优良性质及其在大城市精密定位中的应用

为真正实现大城市中的精密定位 ,提出了直接采用区域性椭球面上的测地坐标代替高斯平面直角坐标以作控制网点平面位置的表述 ,分析了测地坐标系的优良性质 ,阐述了采用测地坐标系实现大城市精密定位的原理和方法 ,初步探索了其应用的可行性     

GPS高程曲面拟合算法的精度分析

在GPS高程测量中需要将大地高转换为正常高。本文对GPS高程的多项式曲面拟合、多面函数拟合和移动曲面函数拟合算法进行了比较分析。结果表明,三种拟合算法均能达到四等几何水准的要求,但移动曲面拟合算法精度最高,多面函数拟合算法精度最低。     

黄河三角洲Sentinel-3高精度时空连续海陆表面温度反演

海陆表面温度是理解全球变化与人类活动的关键参数。针对已有温度反演产品海陆边界时空不连续的问题,本文采用Sentinel-3海陆表面温度辐射计(SLSTR)光学与热红外影像,通过植被指数阈值法逐像元计算陆表与海表发射率,基于分裂窗算法反演得到黄河三角洲陆海表面时空连续温度产品。结合地面温度观测和欧洲中期天气预报中心提供的全球中等分辨率数值大气再分析产品,验证了本文陆海温度产品(均方根误差优于1.1K)反演精度高于现有公开的全球产品,可为全球时空连续温度产品反演提供参考。