气象卫星数据实时接收与存储系统的设计

城市温度动态状况的监测系统实时地自动获取我国风云气象卫星FY-1D和美国NOAA-12、NOAA-16、NOAA-17气象卫星系列热红外通道遥感数据,并将接收到的数据以1A5格式存储在计算机磁盘上。系统自动提取1A5数据文件头信息,实现了气象卫星1A5数据的自动入库管理。     

未来NOAA极轨卫星传感器概况

目前和未来发射的NOAA系列极轨气象卫星有:1986年9月发射的NOAA-(G)10:1988年9月发射的NOAA-(H)11;1990年12月将发射的NOAA-I;1991年9月将发射的NOAA-J;1993年6月将发射的NOAA-K;1994年9月将发射的NOAA-L;1995年12月将发射的NOAA-M。     

春季沙尘暴强度的NOAA-14气象卫星监测研究

以2000~2001年发生在我国西部的春季沙尘暴为例,利用NOAA-14卫星AVHRR资料,对西北80个气象站点所对应的卫星数据进行了5个通道的信息提取。根据沙尘粒子的辐射特性,分析了AVHRR数据确定的沙尘指数和地面气象站的能见度、风速等气象要素的关系,进而将沙尘指数进行了级别划分来确定沙尘暴的强度,得出沙尘暴强度的一种定量分析方法。结果表明,这种方法在利用气象卫星监测沙尘暴强度方面具有较好的效果。     

地震波阻抗参数混沌控制反演

分析了地震非线性反演的混沌现象, 并且从测井资料出发, 以非线性动力学不动点理论及混沌控制理论为基础, 提出了混沌控制反演方法, 数值实验和应用实例表明, 该方法能有效地控制非线性反演系统在反演选代过程中出现的混沌现象, 得到较真实可靠的反演结果.     

FY-2E地面太阳辐射反演及数据集评估

针对FY-2E地面入射太阳辐射反演精度不够精确的问题,提出使用ERA-Interim再分析资料的臭氧、大气可降水、地面气压等数据替换反演算法中气候态平均大气场,通过利用中国地区(2009—2014年)91个站点的地面观测数据验证和评估新旧数据集产品(SWDN-1.0和SWDN-2.0),并与CERES卫星反演SYN1deg产品和ERA-Interim再分析地面入射太阳辐射资料进行比较分析。结果表明:CERES卫星反演产品与观测最接近,FY-2E卫星反演产品次之,ERA-Interim地面入射太阳辐射产品误差最大;FY-2E卫星反演的2套产品,SWDN-2.0相比于SWDN-1.0有较大改进;4套数据产品在中国不同区域效果有明显差异,西部最好、南部最差,辐射反演算法还有待改进;从地面入射太阳辐射的多年平均值分析,4套数据产品之间有较好的一致性,FY-2E卫星反演地面入射太阳辐射数据集产品空间分辨更高,细节更清晰。     

基于FY-3C MWHTS的台风降水反演算法研究

为估测台风带来的地表瞬时降雨率，利用FY-3C上搭载的微波湿温探测仪（Microwave Humidity and Temperature Sounder，MWHTS)的L1级在轨观测亮度温度数据与多卫星降水分析TMPA（Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）Multi-Satellite Precipitation Analysis）3B42降水产品数据，通过多元线性回归和BP神经网络两种算法对台风区的降水情况进行了反演研究。结果表明，由这两种算法反演的降水分布图可以清晰地看到台风中心、云墙以及螺旋雨带等台风的位置、分布及结构信息，这与TMPA 3B42降水产品数据估测到的台风降水分布图相一致。此外，从定量的角度来看，TMPA 3B42降水数据与这两种反演算法反演的地表瞬时降水量（mm/hr）都具有较高的相关性和较小的偏差和均方根误差，反演的精度较高。故这两种算法都可以用来反演台风区的降水量，同时也表明FY-3C MWHTS微波在轨观测资料在台风区监测及降水研究中能发挥出较高的应用价值。     

利用MODIS资料反演杭州市500米分辨率气溶胶光学厚度

反演城市/区域范围内高空间分辨率的气溶胶光学厚度时,如果气溶胶类型选取的不合理造成的反演误差会很大,甚至超过地表反射率确定误差导致的反演误差。针对这一问题,本文提出了一种结合MODIS L1B资料和AERONET(Aerosol Robotic Network)的气溶胶光学厚度产品,基于6S大气辐射传输模型的计算,确定杭州市在2008年12月16日的气溶胶类型的方法。利用得到的气溶胶类型,结合改进的暗像元法,反演了杭州市500m空间分辨率的气溶胶光学厚度。将气溶胶光学厚度反演结果与采用标准气溶胶类型时的反演结果进行比较,结果表明,本文确定的气溶胶类型更符合杭州市当天的情况,应用到气溶胶光学厚度反演中,精度也最好,相对误差的绝对值在20%以内。     

融合遥感先验信息的叶面积指数反演

借助植被辐射传输模型，利用遥感观测数据估算LAI是一种较为可靠和稳健的反演方法。然而，地表的复杂性、遥感观测的有限性以及自相关性导致遥感数据包含的信息量不足，不能完全支持LAI等地表参数的估算，易造成“病态”反演。在遥感反演过程中引入先验知识能够有效地解决该问题。研究基于遥感数据提取LAI先验信息，并将其用于代价函数的构建，利用PROSAIL辐射传输模型和遗传算法，分别在500 m和250 m尺度反演LAI。将高空间分辨率LAI分别升尺度到500 m和250 m，验证对应尺度LAI结果，评价引入先验信息对于提高LAI反演精度的作用。研究表明，引入先验信息有助于提高不同分辨率下LAI反演精度，且先验信息的质量一定程度上也影响着LAI反演结果。与未加入先验信息的LAI反演结果相比，以MODIS LAI产品作为先验信息反演的500 m尺度LAI结果精度R²由0.55提高至0.65，RMSE由1.29下降至0.38。在250 m尺度，以500 m LAI反演结果作为先验信息反演的叶面积指数，其精度优于以MODIS LAI产品为先验知识的估算结果，验证精度R²增加了0.08，RMSE减少了0.18。研究使用的先验信息主要来自遥感数据本身，没有地面实测数据的参与，在此基础上发展的多分辨率LAI反演方法具有估算大区域尺度LAI的应用潜力。     

基于MODIS的海表面温度反演系统设计与实现

海表面温度(SST)是重要的海洋物理参数,对海洋研究具有重要意义.通过遥感数据反演是目前获取SST数据的主要方法之一.遥感反演数据具有反映大区域尺度的海温连续分布状况,且数据获取及时稳定等特点.本文基于IDL构建了面向EOS/MODIS数据的SST反演系统,讨论了系统的功能和结构,给出了具体的数据反演处理流程,对系统中采用的SST反演算法和云检测方法进行了详细说明.最后以我国东海海域为例,将反演结果与多年观测资料对比,表明系统反演得到的SST分布规律与多年观测资料一致,同时还利用同步观测的浮标数据和NASA MODIS SST产品对反演结果进行验证,结果显示系统反演的SST平均误差为1℃.数据精度满足海洋预报和其他科学研究的需要.     

利用EOS/MODIS数据反演水云云底高度的初步研究

云底高度作为重要的云宏观物理特征参数,在云层与地表之间的能量交换中起着重要作用。传统的云底高度测量方法大多基于常规观测资料,利用星载被动遥感仪器的观测数据反演云底高度在国内尚未开展。论述了基于EOS/MODIS可见光、红外数据反演云底高度的原理、方法和可行性,并结合西北某空域的飞机探测数据进行了MODIS水云云底高度反演的对比试验。初步结果表明：利用MODIS数据反演水云的云底高度是可行的;在与3次飞机穿云记录的云高真实数据对比中,反演结果平均误差为249.4 m。     

基于Landsat-5 TM数据的河南省白沙灌区地表温度反演研究

地表温度是土壤水分和植被水分状态的指示计,在干旱遥感监测中有重要作用。应用Landsat-5 TM遥感数据和气象资料,利用归一化植被指数(NDVI)区分地表覆盖类型,采用Van de Griend的经验公式法结合典型地表赋值法计算出地表比辐射率。用单窗算法和单通道算法分别对河南省白沙灌区地表温度进行反演,结果表明:两种方法均能较好地将白沙灌区地表温度分布趋势反映出来,单窗算法的反演精度较高,绝对误差为1.1 ℃,更适宜白沙灌区的地表温度反演,进而可以提高灌区旱情遥感监测精度。     

针对MODIS 数据的地表温度非线性迭代反演方法

地表温度是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数。构建了MODIS31/ 32 波段的热辐射传输方程, 讨论了方程的数值迭代解法, 提出了针对MODIS 数据地表温度的非线性迭代反演方法, 并介绍了大气透过率和地表比辐射率这两个中间参数的估计方法。误差及敏感性分析表明,提出的方法对大气透过率和地表比辐射率都不敏感, 反演精度优于传统的线性分裂窗算法。     

城市热岛效应地表通量空间分布研究

城市化进程的加快促使更多大中城市的产生以及城市面积的扩展,导致更加严重的城市热岛现象。为了更加深入理解城市热岛效应产生根源,以西安市城区为例采用美国陆地卫星遥感数据反演或估算地表温度、植被指数以及地表通量等变量,不仅采用传统的地表温度参数理解城市热岛现象,还着重分析城市建成区和郊区的地表通量空间分布格局及其与地表温度的关系。研究发现西安城市建成区与郊区之间热环境存在显著的差异,地表温度不仅与植被覆盖状况具有密切的关系,还与地表潜热通量和实际蒸散发变量存在显著的反相关关系。详细分析表明拥有众多工厂企业的西安市莲湖区热岛效应尤为显著,而位于市中心的新城区次之,具有较大面积郊区的灞桥区热岛效应并不明显。因此城市绿地不仅影响城市建成区的地表温度空间分布,还对地表通量以及实际蒸散发的空间格局产生重要的影响,在调节城市热岛效应方面具有重要的作用。
     

基于NDVI阈值法反演地表比辐射率的参数敏感性分析

地表比辐射率是反演地表温度的重要因子,普遍应用于自然界中的水热交换和辐射传输过程。本文通过对基于NDVI阈值法反演地表比辐射率的相关参数进行敏感性研究,确定了影响NDVI阈值法反演地表比辐射率的关键参数,以期通过关键参数获取方法的改进和参数不确定性的降低来提高NDVI阈值法的反演精度。研究以Valor和Caselles在1996年提出的植被指数混合模型为理论基础、湖北省荆门市为研究区域,使用Land-sat TM5数据,采用控制变量法,对NDVI阈值法中影响比辐射率反演精度的大气因子、地形因子、纯像元NDVI阈值、纯像元比辐射率值进行敏感程度的数学分析。研究发现,4大因子敏感性程度:纯像元比辐射率值>纯像元NDVI阈值>地形因子>大气因子,其中纯像元比辐射率值和纯像元NDVI阈值为关键参数;4大因子影响程度:大气因子>纯像元比辐射率值>地形因子>纯像元NDVI阈值。     

Monitoring and modelling land surface dynamics in Bermejo River Basin,Argentina: time series analysis of MODIS NDVI data

The purpose of this work was to monitor and model land surface phenology over the past ten years in the South American Bermejo River basin using the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) normalized difference vegetation index (NDVI) product. In order to do this, we evaluated the characteristics of the satellite data and information available on the study area's ecosystem to choose the best model to capture the temporal dynamics of NDVI in local vegetation (sufficiently complex to provide a good fit and simple enough so that each parameter has an immediate ecological meaning). An ecological interpretation of model parameters was provided. Different land surfaces showed distinct fluctuations over time in NDVI values, and this information was used to improve object-oriented classification. A decision tree classification was developed to identify spatial patterns of NDVI functional form and the fluctuations that these patterns presented from 2000 to 2010. We integrated inter-annual information in a final map that distinguishes stable areas from changing sites. Assuming that large inter-annual spatial-scale fluctuations were related to climatic events, we established how vegetated land surfaces within the study area responded to these. Our study was designed to emphasize the interpretation of the spatial and temporal scales of land surface phenology.     

广州市地表温度反演与土地利用覆盖变化关系研究

利用环境星1A/1B遥感影像,运用Jiménez-Munoz & Sobrino's普适性单通道算法定量反演广州市的地表温度(Land Surface Temperature,LST) ,结合MNF主成分分析和支持向量机获取的不透水面分布格局,利用面向对象分类方法获得了土地利用覆盖情况,重点研究广州市不透水面、土地覆盖和植被指数与城市热环境的定量关系。研究结果显示:基于大气水汽含量实测数据的JM&S普适性单通道算法反演结果更精确;广州市2009~2011年的不透水面面积和土地覆盖与平均地表温度相关性分析表明:广州市连续3 a呈现城市扩张的现象,城市热效应显著加剧;城市平均地表温度与不透水面面积呈现正相关,与城市的植被指数和裸土指数呈现负相关。     

AMSR-E亮温数据与MODIS陆表分类产品结合反演全球陆表温度

AMSR-E被动微波传感器获取的亮温数据与MODIS陆表分类产品(MOD12)相结合,将全球陆表分为16类,并假设每种类型的地表在各个被动微波通道具有较一致的发射率,在此基础上针对每种陆表类型分别建立了陆表温度反演算法。在算法的建立过程中,为了避免混合像元以及冻土、积雪发射率不确定性带来的影响,仅对单一地表类型占90%以上以及MODIS陆表温度产品高于273K的被动微波像元进行回归。同时,考虑到降雨对回归结果的影响,在数据选择中加入了降雨判识,在被动微波亮温数据中除去了降雨像元。利用上述算法,用2004年1～10月的全球部分地区AMSR-E数据在MODIS陆表分类产品的基础上对每种地表类型分别进行了陆表温度反演,并与MODIS陆表温度产品进行对比,结果显示相关性较好,均方根误差为2～4 K。     

基于热红外遥感的城市热场形成机制及特征分析--以成都市为例

利用LANDSAT5的TM6热红外数据和实时的地表温度，优选了一种方法进行成都市地面温度场反演，根据反演结果对成都市地表温度场分布特征进行了分析，同时定量分析了植被覆盖和水域廊道对地表温度场分布的影响，定量分析的结果对城市区域布局和规划有积极意义。     

Application of high-resolution thermal infrared remote sensing and GIS to assess the urban heat island effect

Day and night airborne thermal infrared image data at 5 m spatial resolution acquired with the 15-channel (0.45mum-12.2mum) Advanced Thermal and Land Applications Sensor (ATLAS) over Alabama, Huntsville on 7 September, 1994 were used to study changes in the thermal signatures of urban land cover types between day and night. Thermal channel number 13 (9.60 mum-10.2mum) data with the best noise-equivalent temperature change (NEDeltaT) of 0.25 C after atmospheric corrections and temperature calibration were selected for use in this analysis. This research also examined the relation between land cover irradiance and vegetation amount, using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), obtained by ratioing the difference and the sum of the red (channel number 3: 0.60-0.63mum) and reflected infrared (channel number 6: 0.76-0.90mum) ATLAS data. Based on the mean radiance values, standard deviations, and NDVI extracted from 351 pairs of polygons of day and night channel number 13 images for the city of Huntsville, a spatial model of warming and cooling characteristics of commercial, residential, agricultural, vegetation, and water features was developed using a GIS approach. There is a strong negative correlation between NDVI and irradiance of residential, agricultural, and vacant/transitional land cover types, indicating that the irradiance of a land cover type is greatly influenced by the amount of vegetation present. The predominance of forests, agricultural, and residential uses associated with varying degrees of tree cover showed great contrasts with commercial and services land cover types in the centre of the city, and favours the development of urban heat islands. The high-resolution thermal infrared images match the complexity of the urban environment, and are capable of characterizing accurately the urban land cover types for the spatial modeling of the urban heat island effect using a GIS approach.