基于LUCC的新疆沙尘源空间格局及转化机理分析

我国北方地区春夏季节沙尘天气频发,精准识别沙尘源区对于沙尘天气预报及区域生态环境治理意义重大。以新疆为典型研究区,采用2000、2005年和2010年3期土地利用/土地覆被数据,分析了新疆沙尘源的空间分布格局,并基于土地类型转移矩阵分析了不同类型沙尘源的转化情况。结果显示：新疆沙尘源的正、逆向转化主要跟人类活动相关。（1）沙漠/沙地转化敏感区主要分布于塔克拉玛干沙漠的西北边缘地区;转化为裸土类型沙尘源最主要的土地类型为河流/湖泊和草地,其中河流/湖泊的转化主要受自然条件影响,而草地的转化则是由过度放牧所导致。（2）岳普湖、伽师和巴楚等县区存在过度放牧现象;塔里木盆地北部以及准噶尔盆地内部等绿洲-荒漠交错带及人口聚集区域,存在大面积的垦荒现象。（3）新疆地区绿洲-荒漠交错带面积广阔,但其生态系统脆弱,为潜在的沙尘源区,应科学划定生态保护区,禁止过度放牧和无序垦荒。本文研究结果有望为区域生态环境治理及农牧业发展提供科学依据。     

通用劈窗算法的NOAA-18(N)AVHRR/3数据地表温度遥感反演与验证

本文以NOAA-18(N)AVHRR/3数据,运用通用劈窗技术获得地表温度。首先,利用MODTRAN 4模拟不同地表和大气状况下热红外通道(Ch4,10.3~11.3μm和Ch5,11.5~12.5μm)的星上亮温,并建立模拟数据库。其次,按照地表温度、大气可降水汽含量、地表比辐射率和观测天顶角,对模拟数据库分组,确定出各分组的通用劈窗算法系数。然后,将构建的地表温度反演模型应用到NOAA-18(N)AVHRR/3数据,模型所需的地表比辐射率由NDVI阈值法确定,大气可降水汽含量是利用Li等(2003)提出的一种劈窗的协方差与方差比的方法来估算。反演结果表明:在观测天顶角小于30°或者大气可降水汽含量小于3.5 g/cm2时,地表温度反演的均方根误差小于1.0K;在观测天顶角小于45°并且大气可降水汽含量小于5.5g/cm2情况下,均方根误差小于1.5K。最后,利用美国通量站的实测数据对地表温度反演结果进行了验证,结果表明均方根误差小于1.8K。     

遥感反演蒸散发的日尺度扩展方法研究进展

遥感技术能够提供卫星过境时刻地表参量的瞬时值,进而通过模型构建可反演得到瞬时蒸散发。相对于瞬时蒸散发,日尺度蒸散发在实际生产生活中具有更重要的应用价值。本文系统地总结分析了遥感反演瞬时蒸散发的代表性日尺度扩展方法,包括蒸发比不变法、解耦因子不变法、辐射能量比不变法、参考蒸发比不变法、地表阻抗不变法和数据同化法,并对各方法的基本原理、估算精度、适用性等进行了对比分析。在此基础上,进一步综述了日尺度扩展方法存在的不确定性和主要问题,包括扩展方法本身误差、云覆盖、气象数据获取、夜间蒸散发估算、遥感反演同扩展误差累积及真实性检验等,并指出今后应从加强有云天及夜间蒸散发扩展机理和方法等方面的研究来提升瞬时蒸散发日尺度扩展精度。     

两种高光谱热红外数据大气校正方法的分析与比较

利用模拟数据对Autonomous Atmospheric Compensation(AAC)和In-scene Atmospheric Compensation(ISAC)这两种高光谱热红外数据大气校正方法进行了对比和分析。结果显示,在满足方法适用条件情况下,AAC方法大气校正精度较高,除湿热的热带大气外,大气透过率的反演误差小于0.02,大气上行辐射的误差小于0.004W.m-2.sr-1.cm;而ISAC方法精度较低,透过率误差在0.05至0.3之间,上行辐射误差在0.003W.m-2.sr-1.cm至0.035W.m-2.sr-1.cm之间变化,误差随大气水汽含量增加而增加。大气非均一性对大气校正精度影响分析表明,AAC方法大气校正精度受大气非均一性影响显著。因此,需从高光谱数据光谱信息出发,发展针对低空间分辨率高光谱热红外数据的大气校正方法,以克服现有方法大气水平均一假设的不足。     

Landsat卫星热红外数据地表温度遥感反演研究进展

作为驱动地表与大气之间能量交换的关键物理量,地表温度在众多领域中都发挥着重要作用,包括气候变化、环境监测、蒸散发估算以及地热异常勘探等。Landsat热红外数据因其时间连续性和高空间分辨率等特点被广泛应用于地表温度反演中。本文详细地介绍了Landsat热红外传感器及其可用的数据与产品的现状,梳理了2001年—2020年20年间基于Landsat热红外数据的地表温度遥感反演与应用的相关文献发表及互引情况,系统地综述了基于Landsat热红外数据的地表温度反演算法,包括基于辐射传输方程的算法、单窗算法、普适性单通道算法、实用单通道算法和分裂窗算法等。在此基础上,进一步介绍了每种算法的参数化方案,包括地表比辐射率和大气参数的估算方法。最后针对Landsat热红外数据地表温度遥感反演提出了未来可能的发展趋势与研究方向。     

FY-3D MERSI-II地表温度遥感反演与验证

地表温度是是决定地表辐射能量收支的重要变量,在岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的能量平衡和水量平衡研究中起着重要作用。利用热红外遥感技术可实现区域和全球尺度地表温度的快速获取,其受到了研究者的广泛关注。目前,FY-3D是国内光谱分辨率最高的对地观测卫星,极大的提高了对地观测能力,其搭载的中分辨率光谱成像仪（MERSI-II）经过大幅升级改进,性能有了显著提升,热红外数据的空间分辨率达到了250 m。本文使用大气辐射传输模型MODTRAN 5模拟了MERSI-II传感器热红外通道星上观测数据。在此基础上,构建了通用劈窗地表温度反演模型,结合ASTER GED全球地表发射率产品以及MERSI-II自身大气水汽反演算法,发展了地表温度遥感反演方法。最后,利用2019-08内蒙古乌海沙漠地区及美国SURFRAD多个站点的实测地表温度数据对本文提出的方法进行了验证。研究结果表明,相较地表实测数据,构建的劈窗算法反演的地表温度RMSE在1.6—2.6 K,反演精度达到了预期目标,还具有较高的空间分辨率,可以用于业务化的地表温度的反演,同时也说明其辐射定标精度有了一定保证,有效满足了区域和全球尺度地表温度遥感监测应用需求。     

基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间的地表蒸散发遥感反演综述

地表蒸散发是地表水分循环和能量平衡的重要组成成分,其准确估算对农业灌溉与干旱监测、水资源管理、气候变化预估等研究至关重要。基于地表温度—植被指数三角/梯形特征空间开展地表蒸散发遥感反演及土壤蒸发/植被蒸腾分离是地表蒸散发定量遥感研究的国际热点与前沿课题之一。本文全面、系统、深入地综述了地表温度—植被指数三角/梯形空间反演地表蒸散发和分离土壤蒸发与植被蒸腾的国内外研究进展,详尽阐述了各干湿边确定方法和蒸散发反演建模方法的基本原理、优势与不足等,明晰了各方法的适用条件并梳理了待进一步解决的问题,最后指明了三角/梯形特征空间蒸散发遥感反演研究的未来发展方向。通过本文,有助于深化认识基于三角/梯形特征空间反演地表蒸散发的机理,为遥感反演地表蒸散发及分离土壤蒸发/植被蒸腾新方法的创立提供启迪,推动中国蒸散发定量遥感研究水平迈上新台阶。     

高光谱热红外遥感：现状与展望

高光谱热红外数据中蕴含着丰富的长波光谱信息,可以更精细的揭示地气耦合过程导致的辐射变化,反映热红外谱段特有的地物诊断特征,同时高光谱特性也可以为热红外关键特征参数的病态反演问题提供更合理的假设和约束条件,具有重要的研究价值和应用前景。高光谱热红外遥感技术自诞生起,在吸纳多光谱热红外遥感技术的基础上迅速发展,成为热红外遥感领域的重要研究方向和突破点。然而,当前高光谱热红外遥感存在着可用数据不足,处理方法传统,反演精度有限,应用难以有效实施等问题。为进一步明晰高光谱热红外遥感的研究进展和现存挑战,本文在高光谱热红外相关文献深入分析的基础上,梳理了高光谱热红外研究的发展脉络和热点,介绍了现有国内外主要的高光谱热红外传感器,分析了高光谱大气效应校正、地表温度和发射率分离以及地气关键特征参数一体化反演的现状和问题,总结了相关典型行业应用,展望了高光谱热红外的发展方向,以期为未来高光谱热红外研究工作的开展提供借鉴和帮助。     

热红外地表温度遥感反演方法研究进展

地表温度是表征地表过程变化的一个非常重要的特征物理量,是地表—大气能量交换的直接驱动因子,广泛地用于地表能量平衡、气候变化和资源环境监测等研究领域。本文系统地评述了热红外地表温度遥感反演方法,包括单通道算法、多通道算法、多角度算法、多时相算法和高光谱反演算法。回顾了地表温度反演的基础理论和方法;并在此基础上,进一步综述了地表温度遥感反演的验证方法,以及地表温度的时间和角度归一化方法;最后对未来提高地表温度反演精度的研究方向提出了建议。     

基于Landsat-8 TIRS的大气参数快速估算方法

Landsat-8卫星设计有2个热红外波段,但由于第11波段存在定标问题,无法用于定量研究,所以基于Landsat-8的地表温度反演算法目前仍以单通道为主。单通道算法反演地表温度需先已知地表比辐射率并完成大气校正的工作。在大气校正方面,现有的算法主要以传统方法为主,即通过大气辐射传输模型或经验-半经验公式的方式获取大气参数。但是,传统的经验-半经验的方法并不建立在物理机制上,其自身存在一定局限性;而大气辐射传输模型的方法虽然精度更高,但执行效率较低,不适用于业务化的产品生产。本文针对现有大气估算方法的不足,提出了一种基于Landsat-8单通道地表温度反演的大气参数快速估算方法。在水汽范围0~6 g/cm²内,大气参数快速估算方法的精度与MODTRAN精度相当,大气透过率RMSE为0.003;大气上行辐亮度RMSE为0.0004;大气下行辐亮度RMSE为0.0004。相较于传统的大气参数估算方法,本文提出的大气参数快速估算方法,不仅可以脱离大气辐射传输模型使用,而且具有与其相当的估算精度,执行效率更高,适用性更广。