应用遥感资料监测水体面积变化及其与降水量的关系

采用2000～2003年武汉市气象局卫星遥感接收处理系统接收的晴空遥感资料,对武汉市与鄂州交界处的湖泊-梁子湖水体面积进行判识计算,并分析各月平均监测面积与气象因子之间的变化关系,通过分析得出影响湖体水面面积大小的主导因素为降水量和蒸发量的大小,尤其在冬半年较为显著;为今后进一步深入地研究奠定了基础,结合气象服务为政府决策防洪排渍提供科学依据。同时通过该项研究检验了卫星资料在水体面积监测中是客观科学的。     

基于卫星遥感的洞庭湖水体面积变化及与水文的相关性

该文利用2006—2020年洞庭湖水体遥感面积及水文资料,对洞庭湖水体面积变化特征及其与水文的相关性进行了探讨。结果表明洞庭湖水体面积离散程度较高且变幅大。岳阳市、益阳市、常德市水体面积分别占洞庭湖水体面积的68.62%、25.77%、5.61%。其中位于岳阳市的岳阳县、湘阴县、位于益阳市的沅江市水体面积分别占洞庭湖水体面积的34.89%、17.35%、23.52%。占比越大的县市水体面积与洞庭湖水体面积相关性越大。洞庭湖水体面积与城陵矶水位的相关性高于常德、益阳水位。2010—2020年洞庭湖水体年最大面积显著增大。洞庭湖水体面积与城陵矶水位4阶多项式曲线拟合相关性最优。此外,不同的卫星/仪器、算法、分辨率以及天气条件对洞庭湖水体面积会产生一定的影响,洞庭湖区强降水对洞庭湖水体面积影响较大。     

基于MODIS数据的甘肃主要水库水体面积变化特征

掌握甘肃主要水库的水体面积变化规律,对"甘肃省国家生态安全屏障综合试验区"建设具有重要参考意义。基于2000—2014年MODIS的8 d合成地表反射率产品MOD09资料,利用WI1水体指数,对甘肃四大水库双塔、昌马、红崖山和刘家峡的水体面积进行监测,并与兰州区域气候中心实时接收的卫星资料目视解译结果进行对比、建立相关关系,进而对上述水库水体面积变化状况进行研究。结果表明:甘肃四大水库8 d合成产品MOD09反演的水体与卫星实时资料目视解译结果均具有很好的相关性,且变化趋势较一致,MOD09产品反演结果能够反映水体实时变化状况,可用于水库水体面积的变化特征研究。近10 a多,甘肃四大水库水体面积表现出春季或秋季较大、夏季最小的年内分布特征,各水库水体面积的年际变化趋势较复杂,疏勒河上的昌马和双塔水库春、夏、秋三季水体面积的年际变化趋势不明显,而红崖山和刘家峡水库水体面积均呈波动增加趋势,这对甘肃中西部农业灌溉极为有利。     

鄱阳湖水体淹没模型研究

根据丰水季鄱阳湖流域降水对鄱阳湖水位的影响研究, 建立鄱阳湖水位变化降水预测模型;并利用近10年卫星遥感对鄱阳湖水域面积的监测及相应时相鄱阳湖水位资料的分析, 研究出丰水季鄱阳湖水体淹没模型, 解决了洪水季, 云天状况下, 气象卫星难以监测下垫面洪涝灾害的难题。通过对鄱阳湖水体淹没模型进行模拟验证, 结果表明, 鄱阳湖实施退田还湖以后, 湖体水面模拟结果与遥感测算值相对误差为0.9%～3.6%, 模拟效果好。     

吉林省水田种植面积的遥感监测

根据水稻在不同发育期的地面光谱特征,确定了利用MODIS数据识别水田种植面积的最佳波段及最佳时相,在地理信息系统的支持下提取了吉林省2012年水田种植面积,并将提取的水田种植面积与基于TM影像水田种植面积进行对比分析。结果表明:利用MODIS数据与TM数据提取的面积对比,结果表明利用多时相MODIS数据进行水田种植面积监测是可行的。利用MODIS数据识别水稻的最佳波段组合是6、2、1波段,最佳时相为移栽期和分蘖期之间及灌浆至乳熟期之间。利用已有的TM数据或者MODIS数据提取的水田种植分布图为底图,能够适时地、快速地进行每年的水田种植面积动态变化监测。     

鄱阳湖水域面积与湖口水位关系模型的改进

利用2005年4月至2010年5月湖口水位资料和新一代极轨卫星（Terra）遥感的鄱阳湖水域面积资料,研究发现它们已经不满足原有鄱阳湖水域面积与湖口水位的关系模型（基于NOAA遥感资料）。运用最小二乘法和多项式拟合方法,综合考虑模拟与Terra卫星遥感的鄱阳湖水域面积的均方差和湖口极端水位下的拟合情况,发现在1—10次幂的多项式拟合中5次幂的多项式拟合效果最好,并根据5次幂的多项式拟合建立了鄱阳湖水域面积与湖口水位关系的新的关系模型。新的关系模型模拟性能较好,Terra卫星观测的与模拟的鄱阳湖水域面积的相关系数达到了0.982,且有95%的观测与模拟的偏差都小于200 km2。最后,利用2011年1—10月的Terra卫星观测资料和湖口水位资料,对新的关系模型的模拟性能进行了验证。     

鄱阳湖水域面积与湖口水位关系模型的改进

利用2005年4月至2010年5月湖口水位资料和新一代极轨卫星( Terra)遥感的鄱阳湖水域面积资料,研究发现它们已经不满足原有鄱阳湖水域面积与湖口水位的关系模型(基于NOAA遥感资料).运用最小二乘法和多项式拟合方法,综合考虑模拟与Terra卫星遥感的鄱阳湖水域面积的均方差和湖口极端水位下的拟合情况,发现在1-10...     

基于MODIS和HJ-1数据的宿鸭湖水库面积遥感监测研究

水体与植被、城市和土壤等地物在不同波段的光谱反射率的差异是利用遥感手段提取水体信息的基本原理。以宿鸭湖水库为例,在水体光谱特征分析的基础上,采用归一化植被指数（NDVI）方法提取2010年的MODIS和HJ-1遥感影像上的水体信息。首先将MODIS数据的第1和第2波段,以及HJ-1数据的第3和第4波段经过波段运算得到NDVI图像。将两种遥感图像中NDVI值为负的像元判识为水体,NDVI值为正的判识为水库周围的农田,经过计算像元数量得到水体面积信息。水体判识阈值在全年变化范围在-0．08和0．08之间。HJ-1数据具有较高的空间分辨率,水体判识的结果比MODIS数据更加精确。利用HJ—I数据水体监测结果对MODIS数据结果进行校正,使得到的监测结果同时具有较高的时间分辨率和空间分辨率。研究结果表明：利用HJ-1数据校正后的MODIS数据所测得的水域面积与实际观测得到的水库蓄水量之间的复相关系数为0．8603,显著提高了水体监测的精度,从而为大范围的水资源与水环境动态监测提供了迅速、可靠的依据。     

近30年红碱淖水体时空动态变化遥感监测研究

利用1990—2020年的Landsat卫星数据,基于总体精度指标和Kappa系数评估三种岸线提取方法精度,选取精度最高的方法构建高精度的湖泊水体遥感监测数据集,基于该数据集从多角度分析红碱淖水体年际、年内的时序发展趋势以及空间分异特征,并结合气象要素和人类工程活动资料,探讨其时空动态变化的驱动力。结果表明:①三种岸线提取方法中,线性解混的精度最高;②近30 a来,红碱淖湖泊面积和岸线长度总体上呈显著下降趋势,湖泊面积于2010—2015年萎缩速度最快,变化强度为-1.82%,岸线长度2000—2005年变短速度最快,变化强度为-3.38%,且两者增幅最大时间段均为2015—2020年,变化强度分别为1.97%和4.16%;③1990—2000年间红碱淖面积整体萎缩,东北向萎缩最严重,其次为南向,且湖泊重心向西南偏移;④2017年各月面积萎缩方向不一,总体上表现为东南向扩张,西北向萎缩,重心偏移方向与年际偏移一致;⑤气温、降水量和蒸发量与湖泊面积之间均无显著的相关关系,气候对湖泊面积萎缩有一定影响,而人类工程活动是主要原因。     

地理信息系统在水域面积遥感动态监测中的应用

水域面积是生态与农业气象业务中的重要基础数据之一,同时也是遥感业务化监测的重要内容之一。将地理信息系统技术引入到水域面积遥感动态监测业务中。对遥感数据的投影方式和投影参数进行了进一步的规范和统一;设计和实现了水域面积监测地理信息数据库;建立了基于地理信息系统的人机交互水域面积提取方法;建立了统一的制图模板,提高了水域面积遥感动态监测能力,取得了较好的应用效果。     

西北地区陆地生态系统植被状态参数业务化遥感研究

植被指数(NDVI)和叶面积指数(LAI)是两个非常重要的陆地生态系统植被状态参数.我们首先利用最大值(MVC)合成方法使用先进遥感数据如MODIS、AVHRR3等得到旬合成植被指数(NDVI),然后利用最新的经验方法针对不同的陆地生态系统类型反演得到叶面积指数,重点研究了我国沙尘暴发生频率较高的我国西北地区植被覆被状态及其变化情况.植被指数能够反映区域,乃至全球范围植被年季状态,用于监测陆地生态系统植物光合作用活动及其变化.植被指数作为一个基础参数能够用于计算反演更高级别的陆地生态系统状态参数.叶面积指数直接影响植被的光合作用,蒸腾作用的变化和陆面过程的能量平衡状态.在沙尘暴预测研究中使用的起沙过程模型需要将叶面积指数作为一个关键输入变量,另外,绝大多数生态过程模型模拟碳、水循环时也都需要将叶面积指数作为一个非常重要的输入变量.我们总结了最新的叶面积指数经验反演方法,针对6钟不同的陆地生态系统类型应用不同经验模型计算得到了叶面积指数.     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

登陆热带气旋在鄱阳湖区的活动特征及原因分析

鄱阳湖流域是受登陆热带气旋（简称TC）影响最为频繁的内陆地区之一。利用中国气象局热带气旋年鉴资料、地面观测资料、中国气象局一日两次的常规探空资料以及NCEP/NCAR一日四次的2.5°×2.5°再分析资料,研究了过鄱阳湖TC的活动特征及其影响。首先统计1949~2012年进入鄱阳湖区域61个TC的活动特征发现,平均而言进入鄱阳湖地区的TC具有移速减慢,强度衰减变缓及降水增幅特征。大尺度环流场分析表明,登陆进入鄱阳湖区的TC处于太平洋副热带高压和东亚大陆高压之间的鞍形场中,引导气流减弱,水平风垂直切变减小,有利于其移速减慢、衰减减缓以及降水累计。几个典型TC个例的观测分析发现,TC降水降低了鄱阳湖区浅层土壤温度和低层大气温度及其日较差,但增加了土壤和空气湿度。鄱阳湖区域下垫面较高的地面热量有利于TC维持。而湖区对流有效位能在TC进入后明显降低,说明TC触发了该区域对流有效位能释放,有利于其降水增幅。     

利用地基遥感方法监测大气中汽态、液态水含量分布特征的分析

文章根据1992～1994年4～6月间利用北京大学研制的新一代双通道共天线地基微波辐射计在河北省石家庄等地的监测资料,分析了晴空、有云无雨两种天气条件下,大气中积分汽态水、液态水含量的分布特征,两种相态大气含水量的相对分布特点。结果表明,在有云无雨的天气条件下,云中液态水积分含量仅占大气中总水量的1%,说明作为人工增雨资源条件的云中液态水含量仅占大气总水量的一小部分。因此,分析认为,以往通常采用大气中水汽含量评估人工增雨资源条件的方法,存在着不确切性。     

洞庭湖区近百年气温序列构建及其变化特征

采用统计方法并结合气象台站历史沿革信息,对1910-2010年洞庭湖区气温观测资料进行均一性检验和订正,并利用洞庭湖区周边气象台站资料对洞庭湖区1951年以前缺测的气温资料进行插补,构成完整的气温序列。基于洞庭湖区完整气温序列,构建洞庭湖区近百年气温序列并分析其变化特征。结果表明：1910-2010年洞庭湖区年平均气温呈显著上升趋势,其中冬季和春季平均气温上升幅度最大,秋季次之,夏季变化趋势不显著;气温变化存在明显的冷暖交替,冷暖期交替比中国地区更频繁;近百年洞庭湖区年和冬季、春季、秋季平均气温均存在一个显著增暖的突变点;小波分析表明,近百年洞庭湖区年和四季平均气温均经历了冷-暖-冷-暖4个阶段的交替。     

近50多年来淮河流域气候水分盈亏时空变化

水分盈亏是区域干湿气候划分的重要依据。基于淮河流域63个气象台站1957—2014年逐日观测数据,运用累积距平、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析及ArcGIS反权重空间插值法,结合Penman-Monteith蒸散计算模型获得淮河流域水分盈亏量的周期特征、突变特征及其时空分布特征,并分析其主要影响因子。结果表明:(1)水分盈亏月变化基本符合5月最低,7月最高。(2)从季节分布来看,水分亏缺面积秋季春季冬季夏季,亏缺程度春季最强。从平均年水分盈亏量分布来看,水分盈亏量由南向北递减。且不论季节还是年状况,山地及河流对区域水分盈亏量的南北递减存在滞后作用。(3)从各因子气候倾向率的时空分布来看,江苏东南部、山东西部、河南大部、湖北中部水分盈亏量变化的主导因子为潜在蒸散量,其他区域的主导因子为降雨量。(4)淮河流域水分盈亏量存在周期特征,第一主周期为10 a。     

环太湖地区气候变化特征研究

根据1971—2010年环太湖地区苏州、常州、长兴等9个气象台站日平均气温和日降水量资料,采用EOF正交经验分析法、线性倾向率法、小波分析法和Mann-Kendall检验法研究了环太湖地区近40 a来的气候变化特征。结果表明:1) 1971—2010年间,环太湖地区整体上呈增暖趋势,环太湖地区的季节性增暖存在空间差异,西北部的气温在春、夏季明显升高,而东南部则在秋、冬季明显增暖,1990年前后该地区的增暖率存在完全相反的空间分布。2)该40 a中,降水表现为北部增加,南部减少。整个环太湖地区的降水在冬季普遍呈现增加趋势,春、夏季降水的空间分布差异性大于秋、冬季。3) M orlet小波分析结果表明,环太湖地区年平均温度存在16～17 a和6 a、26 a左右的变化周期;年降水量存在15～16 a和24 a的强显著性变化周期,各地区在年均温、年降水量周期振荡的强度上存在一定的差异。4) Mann-Kendall突变检验显示,1971—2010年环太湖地区各站点均表现为气温由低向高的突变,突变发生在1992—1993年。     

宁夏南部地表辐射和热量平衡的遥感研究

为了研究和揭示宁夏南部地气能量传输过程及特点并进一步评估退耕还林还草的生态效应, 利用Landsat-7 ETM+卫星遥感资料所求取的地表特征参数, 将地表分成水体、裸地、半裸地、草地、林地5类地表覆盖类型, 结合常规气象观测资料, 分别计算得出宁夏南部地表辐射和热量平衡各量的区域分布, 并给出各量的分布图和直方图, 分类别讨论了地表辐射和热量平衡各量分布特征, 使得对宁夏南部区域地表辐射和热量平衡区域分布有一个直观、综合的了解和认识。研究表明, 植被分布对地表辐射和热量平衡各量影响很大。     

卫星遥感藏北高原非均匀陆表地表特征参数和植被参数

卫星遥感在研究青藏高原北部地区(藏北高原地区)非均匀陆表地表特征参数和植被参数时有其独到的作用.作者提出了基于NOAA-14 AVHRR资料推算藏北高原地区地表特征参数和植被参数的方案,并把其用于全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME/Tibet)试验区.同时利用3个景的NOAA-14 AVHRR资料进行了分析研究,得到了一些有关藏北地区非均匀地表的区域地表特征参数(地表反射率、地表温度)和植被参数(INDV、植被覆盖度和叶面指数ILA).