水云多角度偏振辐射特性研究

由球形水滴组成并分布在大气底层的水云,对全球辐射平衡和气候变化有重要的影响,其影响程度取决于水云本身的微物理特性和光学特性.在对近红外通道0.865μm波长处水云光学特性研究的基础上,采用矢量辐射传输方程模拟分析了大气层顶归一化辐射强度和归一化偏振辐射强度对水云微物理特征、光学特征和地表反照率的敏感性.模拟结果表明,光谱的多角度偏振遥感信息能够更有效地体现出水云微物理特征和光学特征,可以利用多角度偏振遥感信息反演各种云参数.为利用多角度偏振遥感数据反演水云各种微物理量提供了理论基础.

真实海洋表面的太阳耀光偏振辐射特性仿真与分析

由于镜面反射的原因,海洋表面呈现反射强烈的太阳耀光。水体本身属于低反射率的暗目标,太阳耀光成为水体航空航天遥感图像中的噪声;太阳耀光具有强偏振的特点,经过计算可以作为评价在轨传感器偏振指标的替代定标标准光源;也可以用来计算气体成分或者反演气溶胶参数。无论是去除噪声还是获取标准光源,都需要精确计算其辐射特性物理参数。文章首先采用Cox&Munk模型建立真实海洋表面的三维场景,根据考虑偏振的菲涅尔反射定律,推导了太阳耀光偏振辐射模型,并分析了天顶角、太阳-观测相对方位角、风速、风向等参数对反射率及偏振度的影响规律。通过太阳耀光偏振辐射特性分析为偏振定量遥感中计算太阳耀光相关参数提供了理论基础。

超光谱成像仪在轨辐射定标及不确定性分析

介绍了超光谱成像仪的技术参量、成像原理、实验室定标和星上定标的方法.利用超光谱"图谱合一"的特点,对常规的反射率基法提出改进,实现了超光谱成像仪的辐射定标.分析了辐射定标过程中地表测量、大气参量及卫星图像产生的不确定性.结果表明:105个通道定标系数的不确定度优于7%,改进后的定标方法可以实现环境卫星超光谱成像仪的在轨辐射定标.

垄行结构玉米冠层方向亮温模型研究

基于热红外成像仪获取的玉米冠层图像,对垄行结构玉米的方向亮温(DBT)进行模型化描述并开展了初步验证工作。模型中假设某一方向上的冠层DBT是组分亮温及各组分在视场中所占面积权重的函数,它们在视场中的比例依赖太阳与传感器的几何位置关系,以及在作物行内,作物行与行之间孔隙的分布。对于玉米冠层的几何特征,简化为横截面是矩形的、其中有空隙透光的一组无限长的平行立方体;立方体内双向孔隙率的方向变化由Kuusk函数来描述。模型模拟表明,玉米亮温组分在视场中的权重具有垄行特性。中午前后,通过对中等密度的冠层DBT模拟,在DBT极坐标图形上发现了一个明显位于垄行方向的热条带的出现,热点出现在太阳位置的周围。最后,利用实地观测的结果与模型模拟结果作对比,对该模型的不足和以后的改进作了初步分析。

CBERS-02B卫星WFI成像在轨MTF估算与图像MTF补偿

基于高分辨率图像对比法,利用同一卫星平台上空间分辨率19.5m的CCD相机图像对CBERS-02B卫星上空间分辨率为258m的WFI成像仪图像进行在轨MTF(modulate transfer function)测量,获得WFI(wide field imager)相机沿轨、跨轨与45o方向的MTF曲线,并计算出3个方向的线扩展函数LSF(line spread function),获得3个方向的有效半带宽。结果表明WFI相机红波段跨轨、沿轨与45o方向的有效半带宽,即有效瞬时视场,分别为1.188,1.165与1.281个像元,近红外波段为1.258,1.195与1.326个像元。基于获得的MTF,利用维纳滤波法对WFI图像进行补偿,部分恢复了WFI图像的细部信息。

耦合京津冀气溶胶模式的HJ-1卫星CCD数据大气校正

针对目前HJ-1CCD大气校正没有考虑中国地区气溶胶模式的问题,提出一种耦合中国地区局部气溶胶模式的大气校正方法。以京津冀地区作为研究区域,该方法对地基北京城区和香河站点反演的气溶胶模式参数进行聚类,得到京津冀地区具有代表性的四类气溶胶模式,并根据四类气溶胶模式来建立查找表进行气溶胶光学厚度的反演。HJ-1CCD数据没有短波红外波段（2.12μm）,无法采用MODIS的气溶胶算法中获得地表反射率的方法来计算蓝红波段的反射率,本文在气溶胶光学厚度的反演中采用HJ-1卫星的蓝色（0.43~0.52μm）和红色（0.63~0.69μm）波段的反射率比值作为误差方程的依据,不需要输入地表目标的反射率。基于反演后的光学厚度对HJ-1CCD数据进行大气校正,并与ASD光谱辐射计测量数据以及MODIS地表产品数据（MOD09）进行对比。结果表明,该方法得到的大气校正结果与ASD测量结果接近,并与MOD09有较强的相关性,红色波段的平均相关系数达到了0.8以上,受气溶胶影响最大的蓝色波段平均的相关系数也达到了0.75左右。

利用分裂窗通道比辐射率遥感判识沙尘气溶胶研究

在沙尘气溶胶辐射强迫的影响下,卫星传感器在分裂窗通道观测到的地表比辐射率信息会发生变化。首先从微观角度阐述了沙尘气溶胶在11和12μm通道处的消光特性以及它们对比辐射率的影响;其次,以2011年4月29日内蒙古北部地区一次强沙尘天气为例,分析了研究区域内的比辐射率变化特征,并在此基础上提出了一种利用分裂窗通道比辐射率遥感判识沙尘气溶胶的方法;最后,利用国家气象卫星中心对外提供的沙尘日监测产品对沙尘气溶胶识别结果进行了验证和分析。结果表明:在假设12μm比辐射率为1的条件下,利用11μm相对比辐射率不但能够有效的把沙尘覆盖区域识别出来,而且11μm相对比辐射率在一定程度上也反映了沙尘的强度信息。

沙尘气溶胶对热红外分裂窗通道亮温和地表反演温度的影响研究

沙尘气溶胶通过改变地-气系统的热红外辐射传输可引起地表温度遥感探测结果发生变化.较系统地研究了冬季和夏季沙尘气溶胶光学厚度(AOD)变化对热红外分裂窗通道亮温(BT)和地表反演温度(LST)的影响,以及反演结果受大气水汽和地表因素的作用.红外辐射传输模拟计算表明:1)沙尘气溶胶影响下,热红外分裂窗通道亮温差小于零;2)随AOD增大,BT和LST都减小,其中LST减小的速度大于BT;3)不同水汽含量下LST变化不明显;4)当AOD较大时,LST主要反映沙尘层的温度信息.模拟结果与中国北方典型沙尘实例分析结果有较好的一致性.

基于本底与卫星资料的全球CH_4浓度变化与时空特征研究

利用大气制图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)获得的2003年到2009年7年间的全球CH4浓度产品,与全球本底观测数据进行长时间序列的对比验证。研究显示,SCIAMACHY的CH4浓度产品误差约为2%,但数据系统性偏低,相关性较差。相比本底观测方法,SCIAMACHY获得了大范围的长时间序列的CH4数据,能够在一定程度上反映全球CH4的浓度变化与时空特征。卫星与本底观测资料显示,2003年至2006年4年间,全球CH4浓度年增长率接近于零;从2007年开始,CH4浓度增长速度有所提高。CH4浓度随着纬度从北到南逐渐降低,海洋地区纬度分布特征明显,而陆地区域由于受到排放源及海拔变化等因素的影响,在空间分布上表现出一些高值与低值区域。受CH4源汇变化的影响,大气CH4浓度呈现出明显的季节变化特征,并存在明显的南北纬度差异。北半球的CH4浓度在夏季最低,冬季最高,而南半球刚好相反。北半球季节波动幅度明显大于南半球,且不同站点的波动幅度差异较大;而南半球站点的波动幅度较小且站点间差异较小。

采用热像仪测量玉米冠层半球方向亮温的四种方法比较

为了提高玉米冠层半球方向亮温(DBT)测量的准确性,对一套由工业用起重机平台和热红外成像仪组成的地面观测系统的四种测量方法进行了对比和评价。这些方法基于不同的测量原理:(1)通过移动起重机和平台,从不同的角度去测量一个样区的DBT;(2)固定起重机和平台的位置,通过旋转热像仪,从不同的区域收集不同角度的DBT;(3)对方法2的改进,转动热像仪朝向的同时,吊车沿作物垄行方向运动,得到大区域内平均的DBT;(4)当热像仪沿着垂直于垄行方向的起重机臂运动时,用高成像频率对目标热辐射进行采样。在对这些方法进行比较时,着重考虑了玉米冠层亮温分布的时间和空间变化所产生的影响,对本观测系统的优点和局限性进行了初步探讨。最后,本文从实际应用的角度,提出了一个基于这个系统且优化了的DBT测量方法。

黑碳团簇气溶胶混合生长的红外吸收特性及长波辐射效应

黑碳气溶胶是当前气溶胶辐射强迫评估中最不确定的因子.本文通过构建黑碳的微物理模型,分别模拟了新鲜状态的黑碳气溶胶和混合生长(老化)后被硫酸盐包裹的黑碳气溶胶,利用叠加T矩阵方法计算获得了具有团簇形态和多成分混合的黑碳气溶胶红外吸收特性,通过大气辐射传输模型模拟了黑碳气溶胶的长波辐射强迫,分析了典型理化参数的敏感性.发现黑碳混合生长可以显著增强其大气层顶的长波辐射强迫,最高可达3倍.而且,包裹黑碳的硫酸盐半径越大,将明显增强大气层顶的黑碳长波辐射强迫.这些发现将有助于降低黑碳气溶胶气候效应评估的不确定性.

基于MATLAB的大气污染原型系统开发

大气污染监测在我国受到越来越多的重视,而遥感作为大气污染监测的有力手段也得到越来越多的应用。本文利用MATLAB为开发工具,实现了大气污染的遥感反演功能以及GIS的投影与图像拼接功能,完成了大气污染遥感监测系统的原型开发,并详细介绍了系统的设计思想,以及开发过程中的核心算法和主要技术问题。

基于多角度偏振载荷数据的中国典型地物偏振特性研究

相对于传统的光学遥感,多角度偏振遥感不仅可以获取辐射强度信息,而且可以获取偏振强度信息.基于多角度偏振卫星载荷观测的中国典型地物的偏振反射率数据,获取了地表偏振双向反射模型——Nadal模型的中国区域模型参数值.在此基础上,基于修正的Nadal模型研究了中国区域森林、草地、沙漠三种典型地物的多角度偏振特性.研究表明:1)各地物的偏振反射率均随着散射角的增大而减小,随着太阳天顶角和卫星观测天顶角的增大而增大;2)森林、草地和沙漠三种典型地表偏振反射率存在明显差别,森林的偏振反射率最低,草地的偏振反射率次之,沙漠的偏振反射率大约为森林的两倍;3)不同地物之间的偏振反射率差值均随着卫星观测天顶角和太阳天顶角的增大而增大.研究结果可为基于多角度偏振遥感数据探测地表偏振特性和反演气溶胶参数提供先验知识.

红外甚高光谱分辨率探测仪反演系统的设计与实现

文章基于“高分五号”卫星大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪(AIUS)数据,采用最优化反演算法,建立了大气成分廓线反演的业务化处理系统,并对反演结果进行了精度验证。该系统采用分层设计思想和模块化设计思路,具有手动和自动业务化处理的功能。将系统反演结果与微波临边探测仪(MLS)的2级官方产品和先验数据进行对比分析,O3反演产品在14~50km范围与MLS产品的相对偏差小于15%;H2O反演产品在18~70km范围与MLS产品的相对偏差小于15%;HCl反演产品在14~40km范围与MLS产品的相对偏差小于10%;N2O反演产品在10~35km范围与MLS产品的相对偏差小于10%;CO反演产品在14~55km范围与先验廓线的相对偏差小于15%。上述结果表明,反演系统具有良好的准确性和稳定性,能够为中国进行大气环境监测和全球气候变化研究提供算法和技术支持。

道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析以及应对措施分析

摘 要:钢筋混凝土的质量直接影响着工程的整体质量。随着我国经济社会的不断发展,在道路桥梁施工方面的要求也越来越高。只有减少施工过程中混凝土的裂缝问题,才能从根本上保障工程的基本质量问题。本文将从混凝土裂缝出现的原因和预防的措施两方面进行探讨。

道路桥梁施工中出现的质量问题及控制分析

随着道路桥梁的新技术施工技术等在实际中得到广泛应用,极大程度上提高了工程建筑效率和资源节约。同时,在各种问题综合作用下,道路桥梁的损坏和破坏问题也需要得到及时的解决。因此,对于道路桥梁施工中出现的质量问题及控制就尤为重要。本文将结合实际施工过程中容易出现的质量问题进行分析并提出解决建议。

卷云多角度偏振特性研究

由各种形状冰晶粒子组成的卷云,对全球辐射平衡和气候变化有重要的影响,其影响程度取决于卷云本身的微物理特性和光学特性,如冰晶粒子形状、卷云光学厚度和云顶压强等.在对0.865μm波长处卷云光学特性研究的基础上,采用矢量辐射传输方程模拟分析了含卷云层的总反射率和偏振反射率,并利用卫星观测数据验证了模拟结果.分析研究了卷云微物理特征、光学特征和地表反照率对总反射率和偏振反射率的影响.分析表明,可以综合利用多角度偏振遥感信息反演各种卷云参数.这为利用多角度偏振遥感数据反演卷云各参数提供了理论基础.

基于多角度偏振特性的云相态识别及验证

云相态识别是云参数研究的重要组成部分,为了有效识别水云和冰云,根据水云和冰云微物理性质的差别,研究了水云和冰云的单次散射特性,采用基于倍加累加法的矢量辐射传输方程模拟了水云和冰云的多角度偏振特性。模拟结果表明,光谱的多角度偏振特性能够体现出水云粒子和冰云粒子微物理性质的差异,云在特定方向反射的偏振辐射强度对云相态非常敏感,可以用来进行云相态的识别。在模拟的基础上进行了云相态识别算法的研究,并利用多角度偏振卫星数据——POLDER 0.865μm通道数据进行了实例分析。识别结果与MODIS云相态产品及其1.38μm卷云检测结果进行了比较。分析结果表明,基于多角度偏振特性云相态识别算法可以有效地进行云相态识别。

地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析

矢量辐射传输方程定量描述了辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程,是定量遥感的基础.在处理辐射和离散介质相互作用时,如何处理多次散射、辐射偏振效应和耦合地表模型是研究的重点,直接影响定量化遥感反演的精度.文中基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程,求解过程中耦合典型地表的非偏双向反射(BRDF)模型和偏振双面反射(BPDF)模型.采用相对误差因子定量分析了地表双向反射效应和大气偏振效应对天基矢量辐射的影响.为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持.

多角度偏振遥感相机DPC在轨偏振定标

为了做好卫星数据应用的技术储备,多角度偏振遥感相机DPC航空预研版已经研制成功并完成了航空飞行实验.DPC相机用于获取地气系统反射的偏振、多角度的太阳辐射信息,其地气物理参数反演依赖于定标的精度.偏振相机的辐射定标包括强度和偏振两个方面.本文研究偏振遥感相机的偏振参数的在轨定标原理与方法.基于偏振遥感相机的设计原理,以相机的偏振辐射模型为基础,探索偏振定标的原理和方法.使用DPC航空遥感实验数据,初步实现了在轨偏振定标并对定标结果进行了分析.为将来我国自主星载偏振遥感数据处理和在轨偏振定标提供理论基础.