AERMOD模型地表参数标准化集成系统研究

针对大气环境影响评价工作中存在的一些问题和需求,构建了基于全国高分辨率土地利用数据、GIS地理信息系统、AERSURFACE地表参数处理模块的集成系统.该系统以研究区域土地利用类型为核心,着眼于通过标准化、自动化的方法提高AERMOD的模拟效果,最终建立一套全国地表参数综合数据库.结合内蒙古上都电厂的现场监测结果,对该系统修正后的地表参数进行模拟验证,结果表明,修正后模拟结果的FB值和RHCR值分别为0.37、1.41,相比于修正前的结果更加接近0和1,说明了经AERSURFACE修正后的地表参数更能反映真实的扩散情况.

全球变化与地表参数的定量遥感

从全球变化研究对遥感获取地表时空多变要素信息的需求 ,论述定量遥感中对地表多尺度空间信息作地学描述的新思路和新方法。在分析了变差图描述方法的特点及其不足的基础上 ,提出了直方变差图的概念 ,通过定义驻点和边界点 ,尝试采用直方变差图分解的方法分析地物空间分布规律 ,并通过一个实验对此方法进行了说明。进而基于对地表空间分布信息的提取 ,将可见光、近红外波段遥感信息用于热红外遥感的地温反演 ,利用地表空间结构和大气温度空间分布模式的差异 ,将热红外遥感图像分为地表贡献和大气贡献两部分 ,通过空间相关性分析 ,寻求从热红外遥感图像中直接分离出大气的空间分布模式的方法 ,以解决地温反演中面临的困难。已有的研究结果说明了在全球变化和定量遥感研究中 ,对地表多尺度空间变化信息作简洁的地学描述的必要性及其重要的应用意义。

近20年藏北草地地表参数动态变化研究

草地的覆盖度、地表反照率和地表温度是评价、监测牧草生长状况和草地退化的重要参数。利用1982～2000年NOAA/AVHRR1、2、4、5通道的10天合成资料以及常用的遥感反演和统计方法,分析了近20年藏北那曲地区3个参数的时空变化规律。主要结果:植被区内牧草覆盖度0.1～0.95,年变率-0.012～0.012a-1,24%的草地在退化,变异系数0.05～0.6,植被覆盖度与变异系数成反比;6～9月平均地表反照率0.152～0.300,年变率-0.009～0.007a-1,51%的草地在退化,变异系数0.02～0.23;7～8月平均地表温度20～44℃。结论:植被生长越好,植被覆盖度越高,地表反照率越小,地表温度越低。每个参数均可单独评价和监测草地退化,但综合考虑各个参数将更客观、更合理。

基于神经网络方法的极化雷达地表参数反演

人工神经网络（Artificial Neural Network）是一个由独立处理单元以一定拓扑结构高度连接而成的并行分布式信息处理结构,适于解决各种非线性问题。积分方程（Integrated Equation Model）单散射模型可模拟各种地表参数条件下裸露地表后向散射系数。以IEM为基础生成训练数据,用L波段和C波段SIR-C HH,VV极化单散射后向散射系数数据为神经网络输入,通过后向反馈（BP）神经网络模型可同时反演得到裸露地表条件下地表介电常数、地表相关长度和均方根高度等地表参数。

青藏高原地表参数的被动微波遥感反演研究

利用被动微波遥感数据TMI和GAME-Tibet加强观测期的地面观测数据,改进和发展了一个被动微波遥感反演地表温度、土壤湿度和植被含水量的三维查表算法(3-D LUT),并在青藏高原中部中尺度范围内进行了反演试验.对1998年7月1日的数据进行了个例处理,给出了3个地表参数的空间分布结果.进一步考虑了高原对流云对反演结果的影响,对5个月的TMI数据进行了10天的合成处理,利用合成图像运行算法得到了10天平均的结果.结果显示1998年5-9月5个月的土壤湿度反演结果的时空分布与实际情况符合较好;从选取的几个测站的数据比较看,去云处理后得到的土壤湿度反演结果有了明显改善.

地表参数对面源大气预测结果的影响性分析研究

为了研究地表参数取值对AERMOD中面源模拟预测浓度值的影响,文章通过改变粗糙度、反照率和波文比的取值来进行不同地表参数与预测结果的相关性分析,同时采用正交试验法来研究不同地表参数对预测结果的敏感性。相关性分析表明,不同地表参数和预测结果有着很高的相关性。敏感性分析表明,反照率数值变化对小时最大落地浓度的敏感性最大,粗糙度数值变化对日均和年均最大落地浓度的敏感性最大。通过研究可以看出在面源大气预测过程中合理选择地表参数值是准确预测的前提。

被动微波遥感观测资料干扰对地表参数反演的影响分析

以东亚陆地为研究区,利用2011年7月1—16日AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)二级亮温数据,采用一维变分反演收敛度量识别法对研究区的无线电频率干扰(radio-frequency interference,RFI)进行识别,并进一步分析了该干扰对星载被动微波数据反演地表参数的影响。研究表明,在东亚地区,AMSR-E C波段和X波段都普遍存在RFI,大多出现在工业区、科研中心、人口密集的大城市、机场和高速公路等区域;一般情况下,C波段和X波段的干扰信号分布区域基本不重合;水平和垂直极化通道都有较强的RFI存在,其时间上具有持续性,且不同极化方式下干扰信号的强度因地而异;干扰信号的强度随卫星地球方位角的变化而变化,当星载微波辐射计扫描到某一地球方位角度范围内时这些视场才会受到干扰。研究还发现,用受RFI影响的微波数据反演得到的地表参数值误差较大。因此,在采用被动微波观测数据反演地表参数之前,有必要先有效地检测和剔除RFI。

地表参数对T106模式预报的影响

利用ＩＳＬＳＣＰ的土壤湿度、植被和ＮＯＡＡ 的实时雪盖、海温资料，通过改变Ｔ１０６ 模式的地表参数及改进地表通量计算方法，探讨了地表参数对Ｔ１０６ 谱模式预报效果的影响．试验表明，地表参数及地面过程对Ｔ１０６ 模式的预报结果有较大影响，试验方案改进了模式的预报效果，尤其对西太平洋副热带高压的预报，如对副高特征值５８８ ｄａｇｐｍ 线北界和西伸脊点、面积指数和强度指数以及副高整体进退预报都比业务模式更接近实况．

多极化SAR数据反演额济纳冲积扇地表参数

本文采用遗传算法和后向散射模型相结合的方法,探讨了多极化SAR(Synthetic Aperture Radar)数据反演冲积扇地表参数(地表粗糙度和土壤湿度)的可行性。通过理论模拟和实地地表测量对比,表明该方法在反演冲积扇地表参数方面是切实可行的。该方法可以根据获取数据情况不同,灵活调整反演的代价函数式,并且用于反演的SAR图像必须大于(或等于)两景,数据越多,反演结果越精确。在此基础上,利用ENVISAT ASAR数据和ALOS PALSAR数据,对内蒙古额济纳冲积扇的地表参数进行了反演计算。结果表明,额济纳冲积扇地面相对比较平坦,粗糙度参数变化较小,大部分地区均方根高度小于1.0cm。黑河沿岸地区粗糙度参数较大,而远离黑河的戈壁滩地表粗糙度较小。该地区的土壤湿度反演结果表明,该地区属于极端干旱区域,大部分地区土壤体积含水量低于10%。

利用ASTER数据估算西藏纳木错地区夏季地表参数

西藏纳木错地区是西藏主要的牧业区之一,该地区地表特征参数的遥感监测不仅对当地牧草长势监测、草地估产等农牧业指标监测以及防灾减灾具有重要的意义,而且对于理解对该地区内部及其周边地区的能量水分循环特征具有重要的理论意义。以2006年6月11日为例,利用高分辨率的ASTER遥感资料数据估算了纳木错地区归一化植被指数(NDVI)、地表反射率、地表温度、地表净辐射等地表特征参数。结果发现,纳木错地区地表特征参数空间变化很大。NDVI在河滩裸地较小,纳木错湖东北侧小嵩草草甸最大,达0.4。裸土的地表反照率基本在0.2左右,草甸地表反照率则在0.1～0.2之间,湖泊反照率最小。地表温度湖泊最低,NDVI高值区次低,湖岸沙地最高。净辐射通量湖中心较高,湖东北部与NDVI高值区次高。

热岛效应与地表参数的相关性分析及水体对热岛的影响研究

利用2002年7月11日的ETM+数据,经辐射定标、6S大气校正、比辐射率的估算,用单窗算法对合肥市进行了地表温度的反演,并进行土地分类。在此基础上对合肥市进行了热岛研究,分析了地表温度和地表特征参数的相关性,同时探讨了城市河流对城市热岛的影响。结果表明,植被指数对地温的解释程度最好,并表明河流水体对城市热岛有一定的减缓效应。

地表参数设置对高架点源大气污染物扩散预测的影响研究

以某火电厂高架点源为例,运用AERMOD进行预测,对扇区进行粗划分和细划分,设置两组地表参数,分析SO_2、NO_2、PM_(10_在敏感点的小时浓度、日均浓度和期间平均浓度最大值的差异。变化幅度分析方法表明,PM_(10_的小时浓度、日均浓度、期间平均浓度最大值的变化幅度最大,NO_2次之,SO_2最小。高端值比较法分析表明,NO_2小时浓度最大值的差异最大,SO_2次之,PM_(10)最小;NO_2日均浓度最大值的差异最大,PM_(10)次之,SO_2最小;NO_2期间平均浓度最大值的差异最大,SO_2次之,PM_(10)最小。

基于地表参数变化的南京市热岛效应时空演变特征分析

针对城市热岛效应引发的一系列生态安全、居民健康等问题,选择传统“火炉城市”南京市为研究区,利用Landsat影像反演地表温度(land surface temperature,LST),进而获得研究区热岛空间分布,分析热岛重心转移情况,最后以空间叠加、回归统计分析方法分析建筑、植被、水体对于LST的影响程度。结果表明:2000—2020年南京市热岛、强热岛斑块随着建成区的扩张而扩张,面积占比由6.48%上升到40.81%,而绿岛、强绿岛区则由37.38%下降到13.39%,地表温度呈现明显城乡梯度差;热岛、强热岛斑块重心转移方向与城镇重心转移方向一致,都呈“先南后西”方向偏移,绿岛、强绿岛转移方向则相反;下垫面覆盖对地表温度的影响分别是建筑>植被>水体。该研究成果可为南京市城市规划以及热岛效应缓解提供一定依据。

AERMOD模型地表参数更新对模拟效果影响

基于2018年高分辨率土地利用数据,对2012版AERSURFACE集成系统进行了更新,以沧州市合围区为例,研究了地表参数更新对AERMOD模型模拟效果的影响,并利用沧州市大气环境监测系统(国控站、省控站、微站)进行了验证.结果表明,AERSURFACE集成系统土地利用数据更新可为AERMOD模型提供更准确的地表参数,使得模拟结果与实测值的相关系数提升,对国控站日均值和小时值年相关系数最大提升值分别为0.073和0.024;从统计学角度分析,该提升显著,使模型模拟结果与实测值的变化趋势更加一致,说明地表参数更新对模型模拟具有正向作用.从时间尺度上看,土地利用数据更新对冬、春季的模拟效果提升比夏季更大;对日均值的模拟效果提升比小时值更大.

中小城市热岛效应及地表参数相关性研究

城市热岛效应成为了一个中小城市生态环境问题,文中以中小城市石城县为例,用2009年、2014年和2017年的Landsat影像为数据源,采用辐射传输方程法对其进行地表温度反演,并统计分析了该县热岛等级分区变化,同时提取了归一化建筑指数(NDBI)、土壤调节植被指数(SAVI)、改进归一化水体指数(MNDWI)及裸土指数(BSI),在此基础上探讨了城市热岛效应与各地表参数之间的关系.结果表明:①近10年来,石城县热岛效应等级分布变化明显,其中,绿岛区及强热岛区面积不断增加,强绿岛区范围也有所扩大;热岛区面积持续减少.②城市地表温度(LST)与SAVI和MNDWI呈负相关,与NDBI和BSI呈正相关.在减缓热岛效应举措上,应适当提高绿地覆盖率、增加水域面积,合理规划城市道路及建筑物等,对城市的规划发展具有重要的指导作用.

辐射传输模式中地表参数对大气长波辐射的影响

本文利用Ｌｉｏｕ－Ｏｕ一维宽带辐射传输模式，对地表热力参数取值部分作了改进，使用模式大气和青藏高原实测资料对下垫面温度与地表空气温度两者不能合二为一的问题进行了分析，同时还讨论了下垫面温度的日变化对大气长波辐射通量日变化的影响及地表比辐射率的变化对大气长波辐射通量计算结果的修正作用。

层析SAR地表参数信息提取研究进展

传统的合成孔径雷达(SAR)成像是将现实中的三维场景投影到方位-斜距向二维平面的一系列处理过程,损失了三维空间的高度维信息。随着SAR系统及处理技术的发展,层析SAR系统通过沿高度向的多个数据获取构造高度维合成孔径,利用阵列信号处理方法实现目标高分辨率三维成像,对观测场景进行三维重建,获取地面目标的垂直结构信息,对植被监测、雪冰探测、城市建模等应用具有重要应用价值。该文基于层析SAR观测机理,分析了配准、去平地效应、相位补偿、高度维聚焦等三维成像关键环节以及算法研究现状,着重阐述了层析SAR在植被、雪冰、城市信息提取方面的应用,介绍了过去20年中相关的实验结果,讨论了不同平台下植被高度与冠层结构、冰川厚度与内部结构、积雪厚度与分层、城市区三维重建与形变监测等方面的应用潜力与存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。

地表参数选取对大气环境影响预测结果的影响

采用实际案例进行预测，分析不同地表参数选取情况下对大气环境影响预测结果的影响，研究结果表明：各污染物最大落地浓度占标率的变化程度在0.045%~27.04%,地表参数的选取对大气环境影响预测结果有一定影响，环评预测时应当选择合适的地表参数才能真实、客观地反映环境影响程度。

跨光谱的地表参数对微波近地面通道正演模拟的影响分析

获取与卫星观测同步的地表温度是全地形卫星近地面微波探测数据同化成功的关键所在.为了进一步提高在复杂下垫面上先进技术微波探测仪(Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS)近地面通道正演模拟精度,针对ATMS原始数据(Sensor Data Record,SDR)与可见光/红外辐射计(Visible and Infra-Red Radiometer,VIRR)反演产品数据不能同步获取的问题,本文基于像元匹配技术实现了卫星序列间观测数据的交叉配对,利用跨光谱的反演地表温度作为正演ATMS陆面近地面通道的观测辐射的下边界参数,进而对正演辐射、基于ECMWF全球气候第五代大气再分析产品(the Fifth Generation ECMWF Reanalysis for the Global Climate and Weather,ERA5)地表温度的模拟值与典型下垫面探测数据开展了误差分析与验证,为下一步的ATMS陆面近地面通道的同化提供技术支撑.在FY-3D的红外高光谱大气垂直探测仪(Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS)像元与中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(Medium Resolution Spectral Imager-Ⅱ,MERSI-Ⅱ)像元的匹配中,卷积可以使HIRAS通道加权平均的观测辐射与MERSI-Ⅱ辐射的偏差减小,平均误差约为0.28 K左右.昼间与夜间HIRAS卷积亮温与MERSI-Ⅱ通道亮温平均偏差和STD的时间演变趋势相当.FY-3D MERSI-Ⅱ像元与NOAA-20交叉轨道红外测深仪(Cross-track Infrared Sounder,CrIS)像元匹配时,中纬度极轨卫星序列间的像元匹配精度与全球天基相互校准系统(Global Space-based Inter-Calibration Sytem,GSICS)中极轨卫星与静止卫星在中低纬的匹配精度相当,匹配后窗区亮温的偏差都在0.1 K左右.表明GSICS中卫星间的像元匹配方法可以在更广泛的条件下使用.相对于ERA5地表温度,在沙漠区域MERSI-Ⅱ反演的地表温度与测站地表温度的偏差更小.MERSI-Ⅱ反演的地表温度模拟的亮温更能展示ATMS通道5亮温的真实情况.尽管基于红外观测反演的地表温度与基于微波观测反演的地表温度代表了不同深度的土壤温度,当二者误差小于一定阈值时认为两种地表温度可以相互替代,并对卫星微波近地面探测通道的正演模拟不会带来大的影响.此时可以认为基于红外观测反演的地表温度是微波光谱的地表温度在一定误差水平下的体现.

吉林西部地表参数空间分布规律分析

以吉林西部为研究区域,选取2000年7月15日的NOAA/AVHRR资料,利用SEBS模型试算了研究区地表温度、地表反照率、地表发射率、归一化植被指数等主要地表特征参数。分析地表参数在吉林西部的空间分布规律,同时对地表参数之间的关系进行定性的分析,为吉林西部生态环境的研究提供必要的资料。