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基于人工智能的地球物理参数反演范式理论及判定条件 被引量:2
1
作者 毛克彪 张晨阳 +13 位作者 施建成 王旭明 郭中华 李春树 董立新 吴门新 孙瑞静 武胜利 姬大彬 蒋玲梅 赵天杰 邱玉宝 杜永明 徐同仁 《智慧农业(中英文)》 CSCD 2023年第2期161-171,共11页
[目的/意义]人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术已在学术和工程应用领域掀起了研究高潮,在地球物理参数和农业气象遥感参数反演方面也表现出了强大的应用潜力。目前大部分AI技术在地学和农学的应用还是“黑箱”,没有物理意义或... [目的/意义]人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术已在学术和工程应用领域掀起了研究高潮,在地球物理参数和农业气象遥感参数反演方面也表现出了强大的应用潜力。目前大部分AI技术在地学和农学的应用还是“黑箱”,没有物理意义或缺乏可解释性及通用性。为了促进AI在地学和农学的应用和培养交叉学科的人才,本研究提出基于AI耦合物理和统计方法的地球物理参数反演范式理论。[方法]首先基于物理能量平衡方程进行物理逻辑推理,从理论上构造反演方程组,然后基于物理推导构建泛化的统计方法。通过物理模型模拟获得物理方法的代表性解以及利用多源数据获得统计方法代表性的解作为深度学习的训练和测试数据库,最后利用深度学习进行优化求解。[结果和讨论]判定形成具有通用性和物理可解释的范式条件包括:(1)输入与输出变量(参数)之间必须存在因果关系;(2)输入和输出变量(参数)之间理论上可以构建闭合的方程组(未知数个数少于或等于方程组个数),也就是说输出参数可以被输入参数唯一确定。如果输入参数(变量)和输出参数(变量)之间存在很强的因果关系,则可以直接使用深度学习进行反演。如果输入参数和输出参数之间存在弱相关性,则需要添加先验知识来提高输出参数的反演精度。此外,本研究以农业气象遥感中的关键参数地表温度、发射率、近地表空气温度和大气水汽含量联合反演作为案例对理论进行了证明,分析结果表明本理论是可行的,并且可以辅助优化设计卫星传感器波段组合。[结论]本理论和判定条件的提出在地球物理参数反演史上具有里程碑意义。 展开更多
关键词 人工智能 深度学习 反演范式 物理逻辑推导 可解释 农业气象遥感
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2015-2016年青藏高原积雪深度自动观测数据集 被引量:3
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作者 蒋玲梅 徐维新 +3 位作者 张娟 王功雪 刘晓敬 赵少杰 《中国科学数据(中英文网络版)》 CSCD 2017年第2期51-58,共8页
积雪是冰冻圈中最为活跃的要素之一,积雪监测对雪灾评估、水文预报与气候变化研究等具有重要意义。自2015年9月起,我们建立了包括10个站点的青藏高原积雪深度连续自动观测网络。观测网主要采用SR50A超声波测距传感器与Hydra Probe II土... 积雪是冰冻圈中最为活跃的要素之一,积雪监测对雪灾评估、水文预报与气候变化研究等具有重要意义。自2015年9月起,我们建立了包括10个站点的青藏高原积雪深度连续自动观测网络。观测网主要采用SR50A超声波测距传感器与Hydra Probe II土壤多参数传感器,获取近实时积雪深度与土壤水分等观测数据。积雪深度测量精度约1 cm,土壤水分精度约为3%。本数据集有望为该地区遥感积雪产品的质量验证,以及为高原地区的积雪灾害实时监测提供重要数据源。 展开更多
关键词 积雪深度 青藏高原 积雪监测 土壤水分 遥感验证
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积雪季森林冠层微波透过率半经验模型
3
作者 杨建卫 蒋玲梅 +3 位作者 武胜利 栾英宏 潘金梅 施建成 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期981-994,共14页
星载被动微波遥感是获取宏观尺度雪深时空分布的重要手段。森林冠层不仅衰减了来自地表的微波辐射,同时自身也是一个热辐射源,因此森林冠层增加了被动微波遥感反演雪深的不确定性。本研究基于植被辐射传输tau-omega模型(τ-ω)提出了相... 星载被动微波遥感是获取宏观尺度雪深时空分布的重要手段。森林冠层不仅衰减了来自地表的微波辐射,同时自身也是一个热辐射源,因此森林冠层增加了被动微波遥感反演雪深的不确定性。本研究基于植被辐射传输tau-omega模型(τ-ω)提出了相邻像元(森林和非森林)的冠层微波透过率提取方法,探索冠层微波透过率模型在卫星尺度的应用。该方法假设相邻的森林和非森林像元存在相同的积雪和环境参数,通过联立相邻像元的辐射传输方程从理论上推算冠层微波透过率,进而借助森林生物量建立森林透过率的半经验估算模型。通过对比微波辐射模型模拟亮温和AMSR2卫星观测亮温,发现未经过森林辐射校正的亮温(18.7 GHz和36.5 GHz)往往存在低估现象,而经过森林辐射校正后的模拟亮温更接近于卫星观测;通过留一法(Leave-One-Out Cross Validation)对发展的透过率半经验模型验证,发现反演的透过率与参考值相关性高于0.7,在18.7 GHz和36.5 GHz频段的均方根误差RMSE分别为0.0589和0.0787;通过分析高低频亮温差(Tb18.7V-Tb36.5V)与雪深的关系,发现相关系数由森林辐射校正前的0.26提高到校正后的0.46;最后利用传统的经验性雪深反演算法对森林辐射校正效果进行测试,发现雪深反演误差(unRMSE)由原来的8.9 cm降低到7.8 cm,相关系数由0.32提高到0.49。本研究发展的冠层微波透过率半经验模型可以实现卫星遥感尺度的应用,为提高林区的雪深反演精度提供了参考和支撑。 展开更多
关键词 被动微波遥感 森林冠层 相邻像元法 微波透过率 雪深
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2019年中国陆表定量遥感发展综述 被引量:66
4
作者 梁顺林 白瑞 +24 位作者 陈晓娜 程洁 范闻捷 何涛 贾坤 江波 蒋玲梅 焦子锑 刘元波 倪文俭 邱凤 宋柳霖 孙林 唐伯惠 闻建光 吴桂平 谢东辉 姚云军 袁文平 张永光 张玉珍 张云腾 张晓通 赵天杰 赵祥 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期618-671,共54页
为了更好地了解中国定量遥感的发展态势和加强同行之间的信息交流,根据中国学者2019年发表的SCI检索论文和部分中文论文,对陆表定量遥感的核心进展进行了总结,涉及数据预处理(云及其阴影识别,大气与地形校正)、陆表辐射传输建模、不同... 为了更好地了解中国定量遥感的发展态势和加强同行之间的信息交流,根据中国学者2019年发表的SCI检索论文和部分中文论文,对陆表定量遥感的核心进展进行了总结,涉及数据预处理(云及其阴影识别,大气与地形校正)、陆表辐射传输建模、不同变量的反演方法、产品生产评价与精度验证,以及相关应用等内容。陆表变量产品较多,本文概要介绍了反射率、下行太阳辐射、反照率、地表温度、长波辐射、总净辐射、荧光遥感、植被生化参数、叶面积指数、光合有效辐射比、植被覆盖度、森林高度、森林生物量、植被生产力、土壤水分、雪水当量、雪盖、蒸散发、地表与地下水量等最新进展,也一并介绍了2019年与定量遥感相关的科研项目、学术交流会与暑假培训班等内容。 展开更多
关键词 定量遥感 陆表 综述 中国
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基于多频被动微波遥感的土壤水分反演——以黑河上游为例 被引量:3
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作者 王舒 蒋玲梅 王健 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2020年第6期1414-1425,共12页
土壤水分是陆地生态系统中最重要的组成部分,如何有效地得到高精度的土壤水分产品成为当前研究最为关注的问题。被动微波遥感具有监测面积大、重访周期短、对土壤水分敏感等优点,成为反演土壤水分最有潜力的方式。基于SMOS(Soil Moistur... 土壤水分是陆地生态系统中最重要的组成部分,如何有效地得到高精度的土壤水分产品成为当前研究最为关注的问题。被动微波遥感具有监测面积大、重访周期短、对土壤水分敏感等优点,成为反演土壤水分最有潜力的方式。基于SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)和AMSR2(The Advanced Microwave Scanning Radiometer-2)数据,通过研究L波段与C波段融合亮度温度在土壤水分反演中的潜力,发展多频率土壤水分反演算法,并对黑河上游4个像元开展土壤水分反演研究。结果表明:①利用L/C组合亮温反演结果与实测数据较为吻合,长时间内变化趋势一致,相关系数为0.841,均方根误差为0.063 m^3/m^3。②通过与SMOS和AMSR2官方土壤水分产品比较发现,AMSR2土壤水分产品存在明显的低估,SMOS土壤水分产品缺失值较多,无法得到较为完整的土壤水分时间序列;利用L/C多频率组合反演得到的结果明显优于官方土壤水分产品。融合L与C波段亮温数据,可有效提高反演土壤水分精度,实现高精度土壤水分的获取。 展开更多
关键词 土壤水分 AMSR2 SMOS 黑河上游
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闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验 被引量:14
6
作者 赵天杰 施建成 +39 位作者 徐红新 孙彦龙 陈德清 崔倩 贾立 黄硕 牛升达 李秀伟 阎广建 陈良富 柳钦火 赵凯 郑兴明 赵利民 郑超磊 姬大彬 熊川 王天星 李睿 潘金梅 闻建光 穆西晗 余超 郑姚闽 蒋玲梅 柴琳娜 卢麾 姚盼盼 马建威 吕海深 武建军 赵伟 杨娜 郭鹏 李玉霞 胡路 耿德源 张子谦 胡建峰 杜爱萍 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期871-887,共17页
遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球... 遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。 展开更多
关键词 遥感试验 水循环 能量平衡 闪电河流域 航空遥感 观测网络
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小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验 被引量:8
7
作者 穆西晗 阎广建 +18 位作者 周红敏 庞勇 邱凤 张乾 张永光 谢东辉 周盈吉 赵天杰 仲波 宋金玲 孙睿 蒋玲梅 尹思阳 李凡 焦子锑 屈永华 张吴明 程顺 崔同祥 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期888-903,共16页
遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域... 遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合观测试验,本文旨在介绍该试验的目标、区域、观测参数、观测方法以及对未来研究的展望,以期望为今后开展其他遥感试验及相关研究提供有益的参考和帮助。该试验采用星机地协同综合观测的方式,选择主要的在轨运行卫星数据及覆盖此流域的遥感产品作为主要数据;针对典型区域开展航空及无人机遥感试验,搭载光学传感器设备,获取典型区域水热循环、碳循环等关键参数;并同步开展地面观测试验,在典型实验区开展大气、植被和土壤关键参数的精细观测。目前已系统的开展了地面测量试验、无人机遥感试验及航空遥感试验,并同步收集了卫星遥感数据,形成了一套丰富的星—机—地配套遥感实测数据集。在试验的推动下,遥感科学国家重点实验室于2020年在试验区架设了多座综合观测塔,并配置了多种观测设备,开启了长时间序列观测任务,虚拟试验场的构建和机理生态模型的运行也在同步开展。小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验利用星—机—地一体化的监测方法有效获取了地表水、能量和碳循环的关键参数,为遥感机理模型发展、反演方法检验和尺度转换研究提供了关键的基础数据。目前已用来建立遥感机理模型的综合检验平台,分析和改进传统模型和遥感产品在复杂地表的适用性,阐明流域尺度碳水耦合的物理过程。 展开更多
关键词 遥感 综合试验 流域尺度 碳循环 小滦河 塞罕坝
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根河地区冻融监测和降尺度算法的验证分析 被引量:7
8
作者 王健 蒋玲梅 +2 位作者 寇晓康 崔慧珍 杨建卫 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1209-1222,共14页
高分辨率地表冻融监测对研究根河地区碳氮循环、水土流失和土壤冻融侵蚀非常重要。本文采用Kou等(2017)提出的被动微波亮温降尺度方法和1 km空间分辨率的温度数据,将0.25°空间分辨率的被动微波亮温降尺度至0.01°空间分辨率。... 高分辨率地表冻融监测对研究根河地区碳氮循环、水土流失和土壤冻融侵蚀非常重要。本文采用Kou等(2017)提出的被动微波亮温降尺度方法和1 km空间分辨率的温度数据,将0.25°空间分辨率的被动微波亮温降尺度至0.01°空间分辨率。利用通过模型模拟与实验数据发展得到的冻融判别式算法DFA_Zhao(Discriminant Function Algorithm)和改进的冻融判别式算法DFA_Kou(Improved Discriminant Function Algorithm),基于降尺度前后的被动微波亮温监测根河地区的地表冻融。以根河地区2013年7月-2015年12月的地下0-5 cm深度的实测土壤温度检验这两种冻融判识算法的分类精度。结果显示,降尺度前后两种冻融判识算法整体判对率差异在6.72%内;DFA_Zhao算法融化判对率的均值比DFA_Kou算法高10%,DFA_Kou算法冻结判对率均值比DFA_Zhao算法高1%。两种冻融判别式算法的冻结判对率均在90%以上,升轨期的融化判对率均在80%以上,但两算法降轨期的融化判对率较低,在40%-82%之间。同时,还进一步讨论并分析了两种冻融判别式算法和被动微波亮温降尺度方法可能存在的问题,指出了可能的改进方向。 展开更多
关键词 AMSR2 地表冻融判识 降尺度 被动微波 冻融判别式算法
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Progresses on microwave remote sensing of land surface parameters 被引量:25
9
作者 SHI JianCheng DU Yang +15 位作者 DU JinYang jiang lingmei CHAI LinNa MAO KeBiao XU Peng NI WenJian XIONG Chuan LIU Qiang LIU ChenZhou GUO Peng CUI Qian LI YunQing CHEN Jing WANG AnQi LUO HeJia WANG YinHui 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2012年第7期1052-1078,共27页
Highly accurate observations at various scales on the land surface are urgently needed for the studies of many areas,such as hydrology,meteorology,and agriculture.With the rapid development of remote sensing technique... Highly accurate observations at various scales on the land surface are urgently needed for the studies of many areas,such as hydrology,meteorology,and agriculture.With the rapid development of remote sensing techniques,remote sensing has had the capacity of monitoring many factors of the Earth's land surface.Especially,the space-borne microwave remote sensing systems have been widely used in the quantitative monitoring of global snow,soil moisture,and vegetation parameters with their all-weather,all-time observation capabilities and their sensitivities to the characteristics of land surface factors.Based on the electromagnetic theories and microwave radiative transfer equations,researchers have achieved great successes in the microwave remote sensing studies for different sensors in recent years.This article has systematically reviewed the progresses on five research areas including microwave theoretical modeling,microwave inversion on soil moisture,snow,vegetation and land surface temperatures.Through the further enrichment of remote sensing datasets and the development of remote sensing theories and inversion techniques,remote sensing including microwave remote sensing will play a more important role in the studies and applications of the Earth systems. 展开更多
关键词 microwave remote sensing soil moisture VEGETATION snow water equivalent land surface temperature
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Improvement of snow depth retrieval for FY3B-MWRI in China 被引量:28
10
作者 jiang lingmei WANG Pei +2 位作者 ZHANG LiXin YANG Hu YANG JunTao 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2014年第6期1278-1292,共15页
The primary objective of this work is to develop an operational snow depth retrieval algorithm for the FengYun3B Microwave Radiation Imager(FY3B-MWRI)in China.Based on 7-year(2002–2009)observations of brightness temp... The primary objective of this work is to develop an operational snow depth retrieval algorithm for the FengYun3B Microwave Radiation Imager(FY3B-MWRI)in China.Based on 7-year(2002–2009)observations of brightness temperature by the Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS(AMSR-E)and snow depth from Chinese meteorological stations,we develop a semi-empirical snow depth retrieval algorithm.When its land cover fraction is larger than 85%,we regard a pixel as pure at the satellite passive microwave remote-sensing scale.A 1-km resolution land use/land cover(LULC)map from the Data Center for Resources and Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,is used to determine fractions of four main land cover types(grass,farmland,bare soil,and forest).Land cover sensitivity snow depth retrieval algorithms are initially developed using AMSR-E brightness temperature data.Each grid-cell snow depth was estimated as the sum of snow depths from each land cover algorithm weighted by percentages of land cover types within each grid cell.Through evaluation of this algorithm using station measurements from 2006,the root mean square error(RMSE)of snow depth retrieval is about 5.6 cm.In forest regions,snow depth is underestimated relative to ground observation,because stem volume and canopy closure are ignored in current algorithms.In addition,comparison between snow cover derived from AMSR-E and FY3B-MWRI with Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)snow cover products(MYD10C1)in January 2010 showed that algorithm accuracy in snow cover monitoring can reach 84%.Finally,we compared snow water equivalence(SWE)derived using FY3B-MWRI with AMSR-E SWE products in the Northern Hemisphere.The results show that AMSR-E overestimated SWE in China,which agrees with other validations. 展开更多
关键词 snow depth passive microwave FY3B-MWRI China
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Analysis of spatial distribution and multi-year trend of the remotely sensed soil moisture on the Tibetan Plateau 被引量:15
11
作者 LIU Qiang DU JinYang +1 位作者 SHI JianCheng jiang lingmei 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2013年第12期2173-2185,共13页
Long-term highly accurate surface soil moisture data of TP(Tibetan Plateau)are important to the research of Asian monsoon and global atmospheric circulation.However,due to the sparse in-situ networks,the lack of soil ... Long-term highly accurate surface soil moisture data of TP(Tibetan Plateau)are important to the research of Asian monsoon and global atmospheric circulation.However,due to the sparse in-situ networks,the lack of soil moisture observations has seriously hindered the progress of climate change researches of TP.Based on the Dual-Channel soil moisture retrieval algorithm and the satellite observation data of AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS),we have produced the surface soil moisture data of TP from 2003 to 2010 and analyzed the seasonal characteristic of the soil moisture spatial distribution and its multi-year changing trend in area of TP.Compared to the in-situ observations,the accuracy of the soil moisture retrieved by the proposed algorithm is evaluated.The evaluation result shows that the new soil moisture product has a better accuracy in the TP region than the official product of AMSR-E.The spatial distribution of the annual mean values of soil moisture and the seasonal variations of the monthly-averaged soil moisture are analyzed.The results show that the soil moisture variations in space and time are consistent with the precipitation distribution and the water vapor transmission path in TP.Based on the new soil moisture product,we also analyzed the spatial distribution of the changing trend of multi-year soil moisture in TP.From the comparisons with the precipitation changing trend obtained from the meteorological observation sites in TP,we found that the spatial pattern of the changing trend of soil moisture coincides with the precipitation as a whole. 展开更多
关键词 Tibetan Plateau soil moisture passive microwave dual-channel method spatial distribution
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积雪、土壤冻融与土壤水分遥感监测研究进展 被引量:21
12
作者 蒋玲梅 崔慧珍 +5 位作者 王功雪 杨建卫 王健 潘方博 苏旭 方西瑶 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2020年第6期1237-1262,共26页
积雪、土壤冻融与土壤水分是陆表能量与水分以及碳交换过程研究中的重要因子,为了更好地了解积雪覆盖、雪深/雪水当量、土壤冻融状态和土壤水分等参数的遥感监测领域的发展动态,对这些参数遥感监测方法的研究进展进行了梳理,总结了利用... 积雪、土壤冻融与土壤水分是陆表能量与水分以及碳交换过程研究中的重要因子,为了更好地了解积雪覆盖、雪深/雪水当量、土壤冻融状态和土壤水分等参数的遥感监测领域的发展动态,对这些参数遥感监测方法的研究进展进行了梳理,总结了利用光学与微波遥感,以及多源遥感融合的监测方法,并对该研究领域的发展趋势进行了展望。积雪、土壤冻融与土壤水分的遥感监测能力不断提升,监测算法从单一传感器向多传感器、单波段单一模式向多波段多模式集成,以及卫星虚拟星座综合观测概念的提出,均促进了现有卫星观测地表参数能力的提升;长时间序列产品的开发,对于研究和掌握全球变化大背景下对气候的响应提供了很好的数据基础;同时有助于促进遥感在水文、气象、气候、生态等领域的应用。以上的研究综述,有望对陆表水循环遥感参数反演领域,以及水循环遥感关键参数的应用领域有一定的借鉴作用。 展开更多
关键词 遥感监测 积雪覆盖 雪深/雪水当量 土壤冻融 土壤水分
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Review of snow water equivalent microwave remote sensing 被引量:8
13
作者 SHI JianCheng XIONG Chuan jiang lingmei 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第4期731-745,共15页
Accurate quantitative global scale snow water equivalent information is crucial for meteorology, hydrology, water cycle and global change studies, and is of great importance for snow melt-runoff forecast, water resour... Accurate quantitative global scale snow water equivalent information is crucial for meteorology, hydrology, water cycle and global change studies, and is of great importance for snow melt-runoff forecast, water resources management and flood control. With land surface process model and snow process model, the snow water equivalent can be simulated with certain accuracy, with the forcing data as input. However, the snow water equivalent simulated using the snow process models has large uncertainties spatially and temporally, and it may be far from the needs of practical applications. Thus, the large scale snow water equivalent information is mainly from remote sensing. Beginning with the launch of Nimbus-7 satellite, the research on microwave snow water equivalent remote sensing has developed for more than 30 years, researchers have made progress in many aspects, including the electromagnetic scattering and emission modeling, ground and airborne experiments, and inversion algorithms for future global high resolution snow water equivalent remote sensing program. In this paper, the research and progress in the aspects of electromagnetic scattering/emission modeling over snow covered terrain and snow water equivalent inversion algorithm will be summarized. 展开更多
关键词 SNOW Microwave remote sensing MODEL INVERSION
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基于Sentinel-1雷达数据的青藏高原地区土壤水分反演研究 被引量:9
14
作者 方西瑶 蒋玲梅 崔慧珍 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2022年第6期1447-1459,共13页
土壤水分是地—气能量交换和全球水循环的重要参数之一,也是水文、气象、农业等研究中的关键参数。高空间分辨率的土壤水分在探讨区域水文过程、生态环境保护及农业水资源管理等方面具有重要意义。基于Sentinel-1雷达数据发展了青藏高... 土壤水分是地—气能量交换和全球水循环的重要参数之一,也是水文、气象、农业等研究中的关键参数。高空间分辨率的土壤水分在探讨区域水文过程、生态环境保护及农业水资源管理等方面具有重要意义。基于Sentinel-1雷达数据发展了青藏高原地区高空间分辨率土壤水分反演算法,并获取了区域尺度空间分辨率为20 m的土壤水分。该算法首先基于地面数据、Sentinel-1雷达数据和MODIS归一化植被指数对水云模型进行了参数优化,其次利用优化后的水云模型构建了模拟数据库,利用人工神经网络算法对模拟数据进行训练,构建了基于神经网络的土壤水分反演算法。为了检验该算法,利用Sentinel-1雷达数据反演了青藏高原站点区域土壤水分值,并使用站点实测土壤水分数据对其进行了验证。结果表明:土壤水分反演值与站点实测值有良好的一致性,其相关系数为0.784—0.82,均方根误差为0.052 m^(3)/m^(3)—0.064 m^(3)/m^(3)。土壤水分反演值在时间序列上能够捕捉到土壤水分实测值的变化趋势。该研究可为青藏高原地区高空间分辨率的土壤水分监测提供一定的参考。 展开更多
关键词 土壤水分 Sentinel-1 人工神经网络算法 青藏高原
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Effects of spatial distribution of soil parameters on soil moisture retrieval from passive microwave remote sensing 被引量:5
15
作者 ZHANG Tao ZHANG LiXin +3 位作者 jiang lingmei ZHAO ShaoJie ZHAO TianJie LI YunQing 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2012年第8期1313-1322,共10页
In this paper,we studied the effect of spatial distribution of soil parameters on passive soil moisture retrieval at pixel scale.First,we evaluated the forward microwave emission model and soil moisture retrieval algo... In this paper,we studied the effect of spatial distribution of soil parameters on passive soil moisture retrieval at pixel scale.First,we evaluated the forward microwave emission model and soil moisture retrieval algorithm accuracy through the observa-tion of field experiments.Then,we used soil parameters in different spatial distribution patterns,including random,normal,and uniform distribution,to determine the different levels of heterogeneity on soil moisture retrieval,in order to seek the rela-tionship between heterogeneity and soil moisture retrieval error.Finally,we conducted a controlled heterogeneity effect ex-periment measurements using a Truck-mounted Multi-frequency Radiometer(TMMR) to validate our simulation results.This work has proved that the soil moisture retrieval algorithm had a high accuracy(RMSE=0.049 cm3 cm 3) and can satisfy the need of this research.The simulation brightness temperatures match well with observations,with RMSE=9.89 K.At passive microwave remote sensing pixel scale,soil parameters with different spatial distribution patterns could have different levels of error on soil moisture estimation.Overall,we found that soil moisture with a random distribution in a satellite pixel scale can cause the largest error,with a normal distribution being the second,and a uniform distribution the least due to the smallest het-erogeneity. 展开更多
关键词 bare soil HETEROGENEITY spatial distribution passive microwave remote sensing soil moisture
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The development of an algorithm to enhance and match the resolution of satellite measurements from AMSR-E 被引量:4
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作者 WANG YongQian SHI JianCheng +2 位作者 jiang lingmei DU JinYang TIAN BangSen 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2011年第3期410-419,共10页
Microwave radiometers have many applications because of their penetration ability. However, two major problems remain that obstruct the development of microwave research. One factor that limits their commercial applic... Microwave radiometers have many applications because of their penetration ability. However, two major problems remain that obstruct the development of microwave research. One factor that limits their commercial application is the relatively low resolution of microwave radiometers. The other is the non-uniform spatial resolution for each frequency of the radiometer. The resolution mismatch becomes a critical consideration when observations at two or more frequencies must be combined. In this paper, we have used the Backus-Gilbert method to solve these two problems, while AMSR-E is chosen as the research object. First, we derived the Backus-Gilbert method in detail. The simulated data were then used to decide the optimum parameters in the Backus-Gilbert method. To enhance the resolution, the Backus-Gilbert method has been applied to the AMSR-E data, which covered the Mexico Gulf and the Amazon River. After resolution was enhanced, detailed information was obtained and compared with visible high resolution data. To match the resolution, the AMSR-E data from the Oklahoma Little Washed were used to compute the Microwave Vegetation Index (MVI), which was developed by J. C. Shi. Compared to the original MVIs, the information contained in the MVIs that were processed by the Backus-Gilbert method is more reliable. 展开更多
关键词 AMSR-E resolution enhancement resolution match Backus-Gilbert
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裸露地表微波热采样深度统计模型
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作者 赵少杰 张涛 +1 位作者 蒋玲梅 柴琳娜 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期290-301,共12页
被动微波遥感反演土壤水分对应的土壤深度是土壤水分产品真实性检验和应用中必须确定的问题。本研究利用理论模型对影响土壤热采样深度的参数进行了分析。在此基础上,通过回归分析的方法发展了一个估算被动微波遥感土壤热采样深度的统... 被动微波遥感反演土壤水分对应的土壤深度是土壤水分产品真实性检验和应用中必须确定的问题。本研究利用理论模型对影响土壤热采样深度的参数进行了分析。在此基础上,通过回归分析的方法发展了一个估算被动微波遥感土壤热采样深度的统计模型,并通过微波辐射测量实验对模型进行了验证。研究证明,理论模型模拟裸露地表发射率平均误差为0.032,基于理论模型发展的热采样深度统计模型的误差在0.5 cm左右。该统计模型可以通过土壤含水量、温度、质地和观测频率4个较容易获取的参数计算土壤微波辐射的热采样深度,为被动微波遥感土壤水分产品的真实性检验工作中地面土壤水分测量以及土壤水分遥感产品的应用提供参考。 展开更多
关键词 被动微波遥感 热采样深度 统计模型 土壤水分 真实性检验
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被动微波遥感反演雪水当量不确定性因素分析
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作者 杨建卫 蒋玲梅 潘金梅 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第6期1274-1284,共11页
雪水当量定义为积雪融化后液态水的高度,是描述季节性积雪储量的关键参数。星载被动微波遥感适用于长时间序列、全球尺度的雪水当量监测。但目前的微波辐射传输模型大多忽略或简化了自然界垂直分层结构中的土壤、植被和大气等要素对积... 雪水当量定义为积雪融化后液态水的高度,是描述季节性积雪储量的关键参数。星载被动微波遥感适用于长时间序列、全球尺度的雪水当量监测。但目前的微波辐射传输模型大多忽略或简化了自然界垂直分层结构中的土壤、植被和大气等要素对积雪辐射亮温的影响,特别是植被参数(例如透过率、覆盖度、单次散射反照率)引起的微波亮温变化仍然不清晰。本研究通过构建土壤—积雪—森林—大气微波辐射模型,重点开展被动微波遥感反演雪水当量的不确定性机理研究。通过模型敏感性分析发现:①冠层透过率是森林参数中影响微波亮温最敏感的因子,其次是森林覆盖度,而单次散射反照率影响最小;②微波亮温随着森林覆盖度的增加而升高,但随着冠层透过率和雪粒径参数的增加而降低,即三者之间存在“抵偿效应”。通过构建的模型模拟数据库和卫星观测对风云三号B星(FY-3B)和The Advanced Microwave Scanning Radiometer 2(AMSR2)雪水当量反演算法进行亮温噪声测试发现:①亮温噪声对AMSR2雪水当量反演算法影响较大,特别是在森林像元尤为严重,与算法中表征积雪参数演化的极化因子和森林下雪深校正方法不确定性有关;②亮温噪声对FY-3B算法的影响较小,甚至可以忽略,主要是由于亮温差的形式削减了亮温不确定性。本研究基于构建的辐射传输模型定量分析了森林和积雪参数对微波亮温的影响,确定了影响雪水当量反演精度的关键参数;同时表明雪水当量反演方法对亮温噪声的鲁棒性也是影响算法精度的重要方面,为未来发展普适性的雪水当量反演算法奠定了理论基础和参考。 展开更多
关键词 被动微波遥感 雪水当量 冠层透过率 森林覆盖度 雪粒径 亮温噪声
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