黑河中游LAI产品的真实性检验研究

遥感产品的应用越来越受到各行各业的高度关注,因此定量遥感产品的真实性检验工作已是当务之急,也是近年来遥感领域研究的热点问题之一。首先总结了国内外学者在LAI遥感产品真实性检验中使用的方法和取得的研究进展,然后结合实例分析了黑河中游不同分辨率LAI产品的真实性检验。通过比较两种不同尺度转换方案得到1 km分辨率的LAI对MODIS LAI产品进行验证,并分析了LAI的尺度效应。结果表明:两种方案比较验证的相关系数为0.57和0.39,借助于高分辨率影像作为中间尺度验证MODIS LAI产品要比直接利用地面实测点尺度转换到低分辨率LAI图验证MODIS LAI产品更合理,且黑河中游MODIS LAI产品存在明显的低估现象,最大偏差达2.26。     

水色水温遥感产品真实性检验误差分析

真实性检验是利用现场观测数据或其他高质量遥感产品来获取待检验遥感产品精度的技术,是遥感产品制作及其应用的前提。通过分析均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差等多种遥感产品精度评价统计量的适用性,确定了一套水色、水温遥感产品真实性检验流程。以中分辨率成像光谱仪(MODIS)海表温度(SST)遥感产品的真实性检验实例展示了文中确定的水色水温遥感产品真实性检验流程的可行性。分析结果表明待检验产品的分布规律(样本均值和标准偏差)对检验结果的统计量会产生一定的影响,平均值对平均相对误差的影响呈现高相关性。     

遥感产品真实性检验靶场构建方法初步研究

观测试验是遥感产品真实性检验的基础,通过观测试验获取的像元尺度参量真值,能确定遥感产品质量,增强其在应用领域的价值。在遥感产品真实性检验理论和方法基础上,探索构建遥感产品真实性检验试验观测靶场构建的框架,针对不同分辨率遥感产品,提出建立特征均匀靶场和非特征均匀靶场的构思;并以中国科学院怀来遥感综合试验站为例,分析了构建两种靶场的可行性,概述了目前靶场构建的进展,分析了改进的方向。以此为后期遥感产品真实性检验的观测试验提供一种思路。     

我国叶面积指数卫星遥感产品生产及验证

利用卫星遥感生产叶面积指数（Leaf area index： LAI）产品并进行真实性检验是植被定量遥感的一项重要研究内容。过去10 a,我国研究人员利用MODIS或AVHRR观测数据生产了GLOBALBNU, GLASS, GLOBMAP,MuSyQ和FSGOM等数套全球和全国LAI产品,受到了国内外的广泛关注和应用。在产品生产的同时,我国学者也广泛开展了LAI产品在全球和区域尺度的真实性检验研究工作。本文总结了我国LAI卫星产品生产和验证研究工作的现状和趋势。近年来,我国在本领域相关的理论、技术和方法研究方面取得了全面进展,LAI产品精度和连续性已与国外先进水平相当,但仍然存在数据源单一且依赖国外、算法不确定性不清、生产不连续以及缺乏充分验证等问题,客观上影响了LAI产品应用的广度及深度。未来应充分利用新的卫星数据特别是国产数据,加强遥感机理模型、反演算法以及应用的创新研究,生产具有特色的高质量LAI产品,满足地球系统科学的研究需求。同时,应加强LAI验证基础设施建设,发掘利用更广泛的验证站点,同时增进国际合作,加强产品的推广使用,在与用户的互动交流反馈中进一步提高产品的市场。随着我国对相关研究投入的增加,可以预期未来20 a将是我国LAI遥感产品及验证研究由“跟跑”国际先进水平向“并跑”乃至“领跑”过渡的机遇期。     

呼伦贝尔草甸草原MODIS/LAI产品验证

以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究区域,利用2013年6期地面实测数据,结合HJ-1A/B CCD高分辨率影像,经过辐射校正与模型建立,对研究区域草原生长季的MODIS/LAI产品进行验证。结果表明:在时间上,MODIS/LAI产品能够较好地反映草原的长势与物候变化。在空间上,由于MODIS/LAI产品输入数据的不确定性,MODIS/LAI产品与地面情况存在一定偏差(ΔLAI=0.59m2/m2),在呼伦贝尔草甸草原草场整个生长季都存在高估现象,平均相对误差为40%。在生长初期和末期,较大的地表异质性使MODIS/LAI产品高估现象较严重;生长中期高估现象减小,相对误差在30%以内。研究结果对了解该地区的MODIS/LAI产品精度与使用该地区MODIS/LAI产品具有重要指导意义。     

基于时序MODIS反射率产品统计检验方法的土地覆盖更新

土地覆盖产品的生产是遥感领域的研究热点。全球范围土地覆盖产品因其在空间范围上的巨大尺度,生产周期较长,因此产品的时间跨度也很大,需要具有与之相对应的快速生成与更新技术,以提高产品的时间分辨率。使用MODIS历史土地覆盖产品和反射率产品,采用平均值显著性统计检验的思想,实现土地覆盖产品的快速更新。在MODIS条带号为h26v05的结果中选取宁夏自治区作为检验样区,通过目视检验和精度评价的方法对土地覆盖更新结果进行检验,总体精度为90.0290%。对水、混交林、草原、城市和建成区、裸地或低植被覆盖地变化的趋势和变化原因进行分析论证,表明采用平均值显著性统计检验的思想使用时序反射率产品对土地覆盖产品进行自动化快速更新是可行的。     

中国西南山区GEOV１、GLASS和MODISLAI产品的对比分析

叶面积指数(LeafAreaIndex,LAI)是表征植被生物物理变化和冠层结构特征的关键参数,目前存在多个全球范围、长时间序列LAI产品,对其进行验证是LAI产品应用的重要前提,然而目前山区的验证工作尤其少见.在我国西南山区选取６个典型样区,考虑山区复杂地形特征,从产品时空完整性以及对山区植被时空特征表征能力等方面对GEOV１、GLASS和MODISLAI产品进行对比分析.研究结果表明:①相比于地形平坦地区,在山区随海拔和地形起伏度的增加,LAI产品时空完整性呈递减的趋势,其中,GEOV１LAI表现最差,MODISLAI次之,GLASSLAI表现最好;②GLASSLAI和GEOV１LAI的空间分布合理且具有较好的一致性,MODISLAI的空间分布和二者存在差异,３种LAI产品均难以准确反映山区植被垂直带谱的变化特征;③草地类型LAI产品间差值较小,林地和农作物GLASSLAI和GEOV１LAI产品一致性较好,MODISLAI产品和二者存在较大的差异;④GLASSLAI时间序列曲线平滑且连续,GEOV１LAI存在时间不连续现象,MODISLAI季相变化中的波动现象比较严重;各产品不仅难以准确反映冬季的常绿针叶林LAI,而且难以准确表征样区内农田作物轮作的物候信息.对比分析有助于发现LAI产品在山区存在的问题,并为今后LAI产品的算法改进提供帮助和参考.     

土地覆被遥感产品真实性检验方法对比

真实性检验是保障土地覆被遥感产品生产质量,支持土地覆被遥感产品应用的重要环节。土地覆被遥感产品真实性检验实践总与理论存在一些差异,其主要体现在用于检验的参考数据样本数量和空间分布两个方面,而这种差异对检验结果的影响还不十分清楚。以中国陆地范围为实验区域,GlobeLand30作为全样本参考数据,ESA CCI-LC作为检验对象,通过设计实验,评估了样本数量、抽样方式和样本单元的不同对检验结果的影响。结果表明：(1)样本量对检验结果有重要影响。当样本量减半（约600个样本点）,点样本真实性检验的总体精度与在理论样本量下的总体精度接近,但是,在样本量较小的情况下,不同类型的精度对样本量的敏感程度不同,面积权重小的类别对样本量更敏感,尤其是在采用分层随机抽样的情况下;(2)在理论样本量基础上,无论是点样本真实性检验还是群样本真实性检验,抽样方式对总体精度影响不大,但是对各个类型的精度有重要影响,尤其是面积权重小的类别;(3)群样本检验稳定性比点样本检验差。在理论样本量基础上,样本单元的增大将增加检验结果的不确定性,随着样本单元的增加,虽然检验结果波动性变小,但是检验结果相较于点样本检验结果仍...     

国产叶面积指数产品在中国区域的一致性检验北大核心CSCD

叶面积指数是研究全球和区域碳循环、水文循环、气候变化区域响应的重要参数之一,研究不同LAI产品的时空一致性可为该地区LAI产品的使用提供建议和参考。本研究基于流域、DEM和土地利用类型,对GLOBMAP、GLOBALBNU、GLASS的LAI产品从平均值、频率以及差值频率等的变化进行统计,分析3种国产LAI产品在中国区域的一致性。主要结论为:①3种产品均可捕捉中国地区LAI的空间分布和月及年的时间变化特征,GLOBMAP在2001年更换数据源后年平均值开始下降。②3种产品在九大流域、不同DEM、不同地表利用类型分类下均存在差异。在海河流域、黄河流域和内陆河流域,3种产品的相关性较好,但是在长江流域、东南诸河流域以及珠江流域内产品间差值大于2.00的范围较多。2000~4000 m区域内3种产品的年均变化趋势区别存在明显不同。和其他产品相比,在草地区域GLASS较低,在城乡工业用地区域GLOBMAP较低,在林地区域GLOBALBNU较高。定量分析了3套国产LAI产品的时空差异,结果可为国产LAI产品在中国的应用提供科学参考。     

基于现场观测数据的卫星雷达高度计海面风速和有效波高真实性检验方法研究

卫星遥感产品定量化应用前需通过真实性检验。卫星雷达高度计可观测海面风速大小和有效波高等海洋动力环境参数,而对其进行真实性检验存在不同的时空匹配方法。使用3种不同的时空匹配方法,利用美国国家浮标数据中心(NDBC)现场观测数据对2011年的Jason2海面风速和有效波高产品进行了检验。Jason2海面风速大小和有效波高的均方根误差分别为1.28 m/s和0.28 m,同时结果表明:采用卫星高度计海面风速大小(有效波高)和同步的现场观测数据在一定时间(1 h)和空间(50 km)限制条件下进行对比检验,可以得到合理的高度计海面风速大小和有效波高精度评价结果。 Jason2卫星高度计海面风速大小和有效波高的精度与探测海域有关,其精度在墨西哥湾与西大西洋海域相对较高。     

西南地区不同山地环境梯度叶面积指数遥感反演

叶面积指数(LAI)遥感估算是植被定量遥感研究的热点之一,监测植被LAI时空变化对于研究陆地生态系统碳循环及全球变化等具有非常重要的意义。在我国西南山区设置10个50km×50km的观测样区作为研究区,其中包括5个森林生态系统样区、3个农田生态系统样区和2个草地生态系统样区。分别获取不同优势植被类型LAI地面实测数据,结合同期获取的遥感数据,考虑地形因素影响,基于偏最小二乘原理分别构建各样区LAI遥感估算模型,并采用交叉验证的方式对模型精度进行评价。结果表明:考虑了海拔、坡度和坡向等地形因子的森林LAI遥感反演模型与未考虑地形变量的模型相比,其验证精度有所提高,R2由0.30~0.75提高至0.50~0.80,RMSE由0.52~0.93m2/m2降低至0.48~0.89m2/m2;所有样区优势植被类型LAI反演模型验证R2在0.40~0.80之间,RMSE在0.22~0.89m2/m2之间。发展的LAI遥感估算方法有助于认知山地植被LAI反演的地形效应问题,可为进一步的山地植被长势监测提供科学依据。     

基于船载太阳光度计的中国海域MODIS卫星反演气溶胶光学参数验证

利用2006~2007年中国海洋大学东方红2号科考船在中国黄海和东海海域的POM-01MK2太阳光度计气溶胶光学参数的观测资料,与MODIS反演结果进行比较,给出了光学厚度、| ngstrm指数和粒子有效半径的对比结果。结果表明：两种观测方法得到的气溶胶光学厚度的一致性较好,相关系数（标准差）达0.97（0.08）,73%的对比结果在期望误差（Δτ=±0.03±0.05τ）之内;季节分类对比结果,秋季和春季相关系数（标准差）均为0.97（0.08）;海域分类对比结果,黄海北部海域和黄海南部海域相关系数（标准差）分别为0.98（0.08）和0.76（0.10）。MODIS反演得到的| ngstrm指数偏低,相关系数（标准差）为0.67（0.23）;按季节分类得到,秋季和春季相关系数（标准差）分别为0.71（0.27）和0.62（0.19）;按海域分类得到,黄海北部海域和黄海南部海域相关系数（标准差）分别为0.87（0.07）和0.70（0.30）。粒子有效半径的对比结果偏差和离散度较大,相关系数（标准差）仅为0.31（0.10）。造成这种现象的原因可能是该海域沙尘气溶胶和人类源二次气溶胶浓度较高导致海上气溶胶光学性质同MODIS反演中使用的光学参量有较大差别。     

生态系统模型模拟中国叶面积指数变化趋势及驱动因子的不确定性

为了厘清中国近30 a来植被生长趋势及其对不同环境变化的响应,使用了3套长时间序列遥感叶面积指数（Leaf area index, LAI）数据集以及8套生态系统模型,对LAI变化趋势从总量、空间分布以及不同植被类型进行了分析与归因。总量上,1982~2015年遥感观测的LAI趋势（9.8×10^-3m²/m²·a）高于生态系统模型模拟的趋势（4.2×10^-3m²/m²·a）,大气二氧化碳浓度上升是主要驱动因素（（3.5×10^-3m²/m²·a）;遥感观测到全国79.5%的区域LAI都呈现显著增长的趋势,而生态系统模型模拟LAI的增长面积占比为33.1%;除草地外,生态系统模型低估了其他植被类型的LAI变化趋势。模型对降雨变化的响应过于敏感以及对人为活动模拟能力不足是模型模拟中国LAI变化趋势不确定性的重要来源。本研究定量分析了近30 a中国各种植被变化情况及其驱动因子,并对模型低估中国植被生长进行了解释,为后续中国地区植被相关研究提供了参考。     

基于数据机理的植被叶面积指数遥感反演研究

定量获取地表植被高精度时序及空间覆盖的叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）是生态监测及农业生产应用的重要研究内容。通过使用Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer（MODIS）植被冠层多角度观测MOD09GA数据及叶面积指数MOD15A2数据,发展了一种参数化的叶面积指数遥感反演方法并完成了必要的检验分析。研究使用基于辐射传输理论的RossThick LiSparse Reciprocal（RTLSR）核驱动模型及Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves with Hotspot（SAILH）模型进行植被冠层辐射特征的提取,使用Anisotropic Index （ANIX）异质性指数作为指示植被冠层二向反射分布Bidirectional Reflectance Distribution Function（BRDF）的辅助特征信息,发展了基于数据机理（Data-Based Mechanistic, DBM）的植被叶面积指数建模和估算方法。通过必要的林地、农作物、草地植被实验区反演及数值分析可得知：①时间序列多角度遥感观测数据结合数据机理的叶面积指数估算方法,可实现模型参数的时序动态更新,改进叶面积指数估算结果的时序完整性及精度。②异质性指数可以用做指示植被冠层二向反射分布特征信息,可降低因观测数据几何条件差异所导致的反演结果不确定情况,同时能够补充植被时序生长过程表现的植被结构变化等动态特征。经研究实践,可将算法应用于时空尺度的叶面积指数估算,并能够为生态、农业应用提供植被的高精度遥感监测指标。     

基于ETM和图像融合的优势植被冠层叶面积指数和消光系数的遥感反演

叶面积指数和消光系数是表征植被群体冠层结构及光能利用的地球表层下垫面参量,国内外对叶面积指数的遥感反演有较多的研究与应用,但对消光系数的遥感反演尚不多见。我国南方少见单一大面积的均匀植被分布。为更好地匹配叶面积指数和光合有效辐射(用于估算消光系数)的实测数据,反映植被混交和疏密不均的状态,以Landsat ETM作为遥感信息源,通过HSV、Brovey和Gram-Schmidt(GS)3种图像融合方法的比较,选取效果最佳的图像融合方法,将ETM融合成空间分辨率为15 m的多光谱数据。以鄱阳湖源头梅江流域为研究区,在实测优势植被叶面积指数和光合有效辐射的基础上,利用植被指数法经验公式法反演流域的叶面积指数,并根据Beer-Lambert定律,建立了流域优势植被冠层消光系数的反演模型。在此基础上,反演了流域植被冠层叶面积指数和消光系数的空间分布,为SWAT植物生长模式的修正提供输入数据基础。