大气气溶胶光学特性与遥感图像光谱相关性分析

大气气溶胶对气候变化有重要的影响,由于观测资料缺乏,遥感成为越来越重要的研究手段。通过对气溶胶粒子的散射和反射特性分析表明,气溶胶的光学特性因气溶胶的成分和入射光波长的不同而不同,利用这些光谱差异,可以通过遥感方法进行光学厚度的反演,进而研究气溶胶的运动及分布、气候效应等特征。气溶胶中不同的粒子尺度及组成使其散射光学特性有较大的差异,2.1μm(或2.2μm)波段处的光谱反射率受尘粒气溶胶的影响较大;气溶胶具有时空变异特征;气溶胶在大气层上界(TDA)的辐射强迫表现为正效应,在单粒子反射率(SSA)的某一区间,其净效应因云状大小、表面反射率以及垂直气溶胶和云的分布的变化而变化,它通过影响云的凝聚核和半向效应而具有间接辐射强迫效应,另外它与臭氧的含量具有密切关系;在气溶胶信息的获取中,太阳光度计观测是一种重要手段,遥感正成为研究气溶胶越来越重要的途径。     

城市气溶胶光学厚度空间格局特征多指标综合分析

本文以厦门市为例,基于MODIS影像反演的大气气溶胶光学厚度（AOD）,利用空间自相关和景观格局指数从数量、形态和结构方面综合分析了2014年各月份（5月和9月除外）AOD时空格局变化。结果表明,研究区AOD具有明显的时空分布差异,林地上空的AOD处于较低等级,建设用地上空AOD大部分处于中高等级;AOD在春夏季较大,在秋冬季较小。AOD分布存在显著正空间自相关性,而且主要存在高高（HH）、低低（LL）、高低（HL）3种聚集模式。低低聚集模式主要分布在厦门市的北部山区;高高（HH）和高低（HL）模式主要分布在本岛东北部新城和本岛外各新城的城区。在景观格局指数方面,从秋冬季节到春夏季节期间,研究区气溶胶光学厚度高等级斑块增加,景观结构趋于复杂,景观异质性增加。对AOD时空格局变化进行多指标综合分析可以更加深入、细致、全面地刻画气溶胶的变化规律,有助于精确评估气溶胶对环境、气候等的影响,为城市可持续发展提供决策支持。     

尼泊尔土地覆被遥感制图及其空间格局分析

尼泊尔作为兴都库什-喜马拉雅区域的重要组成部分,是一个从平原到山地再到高原的典型过渡地带,具有多样且复杂的土地覆被类型。开展尼泊尔国家尺度的土地覆被研究,对该国的国土资源管理、生态环境保护具有重要的科学和实践意义,同时也能为中国倡导的“一带一路”国际区域经济合作战略提供基础数据保障。本文选用Landsat TM影像为数据源,基于面向对象与决策树相结合的土地覆被遥感制图方法,生产了尼泊尔全境2010年土地覆被产品（NepalCover-2010）,该产品包括8个一级类和32个二级类。同时,本文基于Google Earth高分辨率影像获取验证样本开展了NepalCover-2010产品的精度验证工作,并进一步分析了该国土地覆被类型的数量结构特征和空间格局特征与地形、气象要素间的关系。研究结果表明：① NepalCover-2010产品一级类总体分类精度达94.83%,Kappa系数为0.94;二级类的总体分类精度达87.17%,Kappa系数为0.85,能够准确地反映尼泊尔土地覆被类型的空间分布格局,是同类土地覆被产品中精度最好的。② 林地是尼泊尔最主要的土地覆被类型,其面积约占尼泊尔国土面积的41%。耕地次之,其面积占比约为25%,其中水田和旱地的面积分布比例约为2:3。③ 地形和气象要素对尼泊尔的土地覆被类型空间分布格局具有显著影响,自南向北随着地势的抬升,各土地覆被类型出现顺序表现出水田、常绿阔叶林、旱地、常绿阔叶灌木林、常绿针叶林、草原、稀疏植被和冰川/永久积雪的垂直地带性特征。     

区域优化Peterson模型的气溶胶光学厚度估算分析

气溶胶光学厚度作为描述气溶胶光学特性的重要参数之一, 被广泛应用于空气质量监测及辐射传输模型的大气订正等研究中。卫星遥感可快速反演获取大范围气溶胶信息, 但其产品通常因云覆盖或暗目标算法等原因而存在空间覆盖率较低的问题, 且产品时相受限于卫星过境时间。水平能见度作为描述气溶胶光学特性的另一重要参数, 由分布广泛的气象台站一日8 次固定时间多次发布。建立水平能见度与气溶胶光学厚度的转换关系, 可实现对卫星反演气溶胶光学厚度的有益补充。本文利用2001-2009 年的MODIS气溶胶光学厚度产品与中国华东地区71 个气象台站的水平能见度数据, 对描述两者转换关系的Peterson 模型进行区域优化。采用分区域高斯曲线拟合的方法, 对影响转换精度的主要参数气溶胶标高随时间变化规律开展研究和模拟。利用2010 年数据对优化模型进行精度及区域适用性验证。结果表明, 优化后模型的气溶胶光学厚度估算均方根误差为0.31, 低于原模型误差;精度基本上与单站点优化模型一致, 但在实用性方面优于单站点优化模型。     

土地利用/土地覆被变化CLUE-S模型与应用分析——以扬州市为例

本文以扬州市市辖区为例,利用2001年的ETM影像与2007年的ALOS影像两期遥感数据,采用面向对象的信息提取方法,获取了扬州市2001年与2007年两期土地利用空间分布图.在此基础上,研究了CLUE-S模型的原理及CLUE-S模型的应用;探讨了CLUE-S模型所需数据、驱动因子选取、模拟参数设置、模拟结果获取等,进...     

基于MODIS数据的气溶胶光学厚度反演

气溶胶在大气污染事件中扮演重要角色。光学厚度作为大气气溶胶的一个重要光学属性,常作为其他相关科学研究的重要参数。本文以ENVI5.0为平台,利用经典的暗像元算法,对2011年8月5日北京地区的MODIS卫星遥感影像数据进行了气溶胶光学厚度(AOD)反演,并对其空间分布进行了分析,为环境监测部门提供了大气污染治理依据。     

基于多因子的震区建筑物空间分布变化分析

研究地震发生前后震区建筑物空间分布的变化规律,可以为震后居民区规划提供科学依据。本文选择汶川地区作为案例区域,采用不同年份的Landsat遥感影像对建筑物信息进行提取,结合高程、水系、道路、行政区划、坡向等影响因子对汶川境内建筑物空间分布进行综合分析。结果表明:汶川地区建筑物空间分布具有明显的沿河、沿道路、低海拔区位取向分布的特性;建筑物面积与距水系距离的关系逐渐减弱;建筑物空间分布在乡镇层面上出现两个高聚集区,分别为海拔较低的威州镇、映秀等乡镇。     

基于开源框架的生态环境要素遥感定量反演平台构建

为及时、准确地获取大范围环境影响因子,避免商业软件平台昂贵的价格和难以扩展的开发环境,结合地理信息系统和遥感技术进行生态环境要素遥感定量反演平台构建。以MapWindow作为底层框架,对其Dotspatial组件库的功能模块进行抽取和修改,完成平台的系统设计以及各功能模块的实现。其中,反演算法经过封装编译处理生成动态链接库,然后在平台中对动态链接库进行调用,最终以插件的形式将反演功能模块加载至平台。平台实现了遥感数据的气溶胶光学厚度、悬浮泥沙浓度、叶绿素浓度反演和显示等功能,可为环境管理部门提供大范围、快速的决策支持,具有较好的可扩展性。     

温度对平流层气溶胶光学常数及辐射特性的影响

本文阐述平流层气溶胶的光学常数在不同温度下取值时,用Mie散射理论对不同浓度的平流层气溶胶红外波段的辐射特性进行的计算和分析。分析结果表明:在卫星遥感中,由温度引起的平流层气溶胶光学常数的变化对某些红外波段的平流层气溶胶辐射特性的影响是不容忽视的。     

细粒子气溶胶光学厚度和谱分布偏振的反演

 细粒子气溶胶物理和光学参数定量卫星遥感反演一直是环境和气候领域研究人员关注的重要课题。气溶胶参数卫星业务遥感产品主要是反演气溶胶光学厚度,它体现大气中气溶胶总含量的信息,而获取气溶胶谱分布函数有助于进一步了解气溶胶物理特性,并提高气溶胶其他参数的遥感探测精度。目前,陆地气溶胶卫星反演面临两个关键问题:一是气溶胶模式;二是地表反射贡献的去除,偏振遥感在这两方面有其独有的优势。本文以多角度偏振方法,采用RT3辐射传输模型建立矢量查找表,利用法国PARASOL探测器一级数据反演了京津唐地区的细粒子气溶胶光学厚度和谱分布参数,并使用AERONET地基观测数据对反演结果进行验证,结果表明:偏振方法能较高精度地实现细粒子气溶胶光学厚度反演,而谱分布的反演还需进一步改进。     

厦门市土地利用年际变化遥感分析

采用多步骤遥感图像分类以及后分类变化检测方法所得到的厦门市1989、1995和2000年的图像分类图及土地利用变化转换矩阵,查明了厦门市1989～2000年的土地利用变化：城乡建设用地、耕地以及林地／园地等主要用地类型的面积及变化;大量耕地被城市扩展侵占,数量不断减少,质量不断下降。分析认为,工业化和城市化的发展、人口的增长以及自然地理条件等因素是厦门市土地利用发生变化的主要驱动力。研究表明,利用3S技术可以快速有效地对城市土地利用年际变化进行动态监测,揭示城市土地利用动态变化的特点及其内在规律,为城市规划和政府决策部门提供参考依据。     

厦门市高温热浪人群健康风险格局分析

高温热浪已成为世界范围内夏季频繁发生的极端气象灾害事件,威胁着人类健康。研究高温热浪人群健康风险的空间格局,可以识别灾害高风险区域,有助于预防和应对高温热浪灾害。本文以厦门市为例,在历史气象数据分析的基础上,建立了高温热浪案例库,分析了厦门高温热浪的基本特征。通过结合卫星遥感影像和人口统计数据,选取2010年的一次高温热浪事件,进行人口因子和环境因子叠加分析,研究了厦门市高温热浪人群健康风险的空间格局,得出如下结论：（1）厦门市高温热浪强度较轻,频率较高,偶尔会发生强等级高温热浪;（2）高温热浪人群健康的高风险区域集中在厦门本岛内,沿东北-西南方向呈带状分布,较高等级的风险热点主要位于湖里区江头街道的北部与东南部和思明区夏港街道大部分区域;（3）高温热浪人群健康风险的空间格局与环境和人口的空间分布特征密不可分。本文对完善国内高温热浪人群健康风险分析的科学体系具有重要意义。     

基于厦门港的海上交通事故地理空间分布及风险预测研究

利用海上交通事故空间分布特征进行安全分析是海上交通安全管理的重要组成部分。本文使用厦门港2008—2020年的海上交通事故数据,经过事故数据空间分布特征提取、分析及预测等流程,最终得到厦门水域海上交通事故潜在危险区域。本文首先使用原始事故数据在GIS软件中进行空间定位,形成事故点的可视化空间分布图,然后使用核密度分析法鉴别海上交通事故多发区域,再利用空间自相关分析法,得到该区域事故空间的分布特征和具体的聚集点,最后使用该分布特征、对目标水域数据进行标准化网格切分,并利用机器学习算法对潜在事故风险区域进行预测。本文在核密度分析结果中发现：就事故频度而言,厦门湾和西海域交通事故频度较高。在空间自相关分析的结果中表明：就空间分布特征而言,厦门港的空间分布出现聚集特征且为空间正相关模式,且就事故具体的空间聚集点而言,厦门湾和西海域仍是事故高发的中心区域。而最后的厦门湾及周边水域风险预测模型显示：潜在事故风险区域多位于沿海和河口交汇区域。本文研究结果表明在基于地理空间数据分布特征提取和网格化分析的基础上,结合机器学习方法（随机森林）,对于海上交通事故的预测具有良好的效果。     

禹城市农村居民点空间分布模式和景观格局

以禹城市农村居民点为研究对象,基于禹城市2000和2017年遥感影像解译数据,综合运用GIS、景观生态学及统计学理论与方法,分析了2000年与2017年禹城市乡村聚落的景观格局指数和空间演变特征。结果表明:禹城市两个时期农村居民点在空间分布特征上存在显著差异,与2000年相比,2017年禹城市农村居民点分布更加聚集;从聚集程度来看,禹城市农村居民点聚集的态势不够显著,这与禹城市当地的自然环境有密切的关系;禹城市农村居民点总体用地规模和数量虽然在减少,但部分居民点用地规模增加明显,居民点有集聚发展的态势,同时禹城市农村居民点斑块形态由复杂化向规则化转变。     

曹妃甸近岸海域垂向悬沙含量遥感反演

利用遥感技术监测水体悬浮泥沙含量是海洋水色遥感的一个重要研究方向。本文以曹妃甸近岸海域4个剖面35个站点开展的现场光谱测量、同步采集的不同深度悬浮泥沙含量样品数据为基础,采用Landsat-5 TM遥感数据,建立水体表、中、底层悬沙含量遥感反演模型,并研究悬沙垂向上的空间分布规律。结果表明,曹妃甸近岸海域泥沙含量在垂向上有明显的相关性,以Landsat-5 TM影像反射率比值（R_TM3/R_TM2）为因子,构建优化的悬浮泥沙含量遥感反演模型,各层模型平均相对误差都在30%以内,表层和中层的平均绝对误差在6 mg/L以下,均方根误差小于10 mg/L,底层的精度略低于表层和中层。研究结果为进一步研究海洋环境泥沙运移规律、优化水动力作用下泥沙运移模型提供支持。     

基于MODIS数据的北京气溶胶类型特性与影响因素分析

应用北京城区2001-2007年间的MODIS气溶胶产品及辅助气象数据,分析了北京气溶胶类型特性及其变化趋势,以及风速、降水与气温等气候条件对其的影响。根据AOT550-FM关系模型,将北京气溶胶分成城市/工业型(UI),沙尘型(DD),干净海洋型(CM)和混合型(MT)4种类型,并在此基础上,结合辅助气象数据,分析了气候对总体气溶胶和各类型气溶胶的影响。研究表明,受风向、气温、降水等气候因素影响,北京气溶胶在5月取得最大值,北京气溶胶的主要类型为沙尘型气溶胶(DD)和混合型气溶胶(UI),而主要影响气溶胶为沙尘型气溶胶(DD)和城市/工业型气溶胶(UI)。在2001-2007年间,城市/工业型气溶胶(UI)有较明显的增长,沙尘型气溶胶(DD)则呈现为与地面统计数据相符的下降趋势,总体气溶胶和其他类型气溶胶都处于基本稳定状态,北京大气环境基本稳定。     

中国建设用地空间格局分析

全面准确地分析中国建设用地空间格局,是衡量城市景观的生态环境效应和制定区域发展战略的重要依据。为此,本文基于空间分辨率为12 m的2012年的全球城市足迹数据,分别在国家、经济区和城市群量化了中国建设用地空间格局。结果表明,12 m分辨率的数据能更细致和准确地刻画中国建设用地的特征。2012年中国建设用地面积为1.73×10⁵ km²,占中国陆地总面积的1.81%。从建设用地的空间格局来看,城市群尺度的建设用地破碎度最高,其建设用地平均斑块密度分别是国家和经济区平均水平的3.66倍和1.62倍。进一步分析表明,社会经济和地形因素共同影响建设用地空间格局。今后,应针对建设用地空间格局破碎问题,因地制宜地制定合理的措施,推动中国建设用地的合理发展。