基于CLM5.0的内蒙古呼伦贝尔草地生产力模拟参数优化

草地净初级生产力(net primary productivity,NPP)作为评估生态系统结构和功能以及植被质量的重要指标,其精准估算对于草地生态系统保护有着重要作用。陆面过程模型可对大范围NPP进行时序模拟,但受限于对植被生理生化特性的认知,应用于目标区域时,模型参数的默认设定会引起模拟偏差。为了使模型适用于呼伦贝尔草地生产力模拟,该研究基于CESM(community earth system model)框架下的最新陆面过程模型CLM5.0(the community land model 5.0)开展模型参数敏感性分析,并采用DREAM(differential evolution adaptive metropolis)算法对最敏感的10个参数进行优化调整,最后将参数优化后的模型应用于呼伦贝尔草地NPP模拟。结果表明:1)对草地NPP模拟最敏感的是呼吸作用类参数,如冠层叶顶维持呼吸基率的截距参数、凋落池到土壤有机质池转移的呼吸分数,其次是碳循环类参数,如叶片碳氮比、细根碳氮比。2)叶片碳氮比与气孔导度参数优化后的后验概率分布为高斯分布,表明该优化为良性约束,反映了碳氮关联参数与呼吸作用参数对于优化模型模拟的有效性。3)参数针对性优化有效提升了CLM5.0对呼伦贝尔草地生产力的模拟性能,NPP年总量相对误差由33.82%降低至10.97%,且应用于在不同类型草地NPP模拟时,其相对误差分别降低了5.62%、8.06%、9.03%。该研究结果可为CLM5.0应用于呼伦贝尔地区的草地生产力模拟提供参考,对合理评估草地生态系统碳循环研究具有积极作用。

作物需水量研究进展的回顾与展望

国内外有关作物需水研究的进展情况和相关估算方法,包括研究内容、定量估算方法和数学预测方法,通过其分析论述了各方法的主要原理、特点及局限性,并指出了目前作物需水研究领域存在的主要问题是在非均一下垫面条件下,植被与环境以及植被间的相互作用要比均一下垫面复杂得多。目前的计算模式存在着许多假设,普适性不够,难以推广应用,今后需进一步研究的课题与采取的研究思路主要是改进蒸散计算方法。最后简要介绍了一种利用遥感蒸散模型率定通用陆面模式CoLM来估算区域陆面蒸散量以及陆地耗水量的思路。

扫描数字化地形图纠正拼接系统的高效系统设计

地形图扫描数字化的前期工作需要解决两个重点问题,即纠正和拼接。传统方法是利用图像处理软件逐个选取并输入控制点,然后进行纠正。该方法是一种具有普遍适用性的图像纠正方法,但需要一个个地输入控制点坐标,操作起来繁琐费时。在实验室环境下,没有大型扫描仪,纠正完成的地形图尚需要进行拼接。在分析扫描地形图变形特点的基础上,提出了变形进行纠正的经验公式,并用VC++开发了一个针对地形图的纠正和拼接的专用软件。其最大的优点是图块纠正时不需要逐点输入控制点坐标,拼接时方便快捷。最后分别用了绝对检验方法和相对检验方法对公里网格点和网格点内部坐标进行检验,表明其误差不超过0.3%。

基于高光谱数据的叶面积指数遥感反演

文中耦合叶片辐射传输模型(PROSPECT)和冠层辐射传输模型(SAILH),基于高光谱载荷通道设置,模拟高光谱冠层反射率数据;利用模拟数据深入分析了不同植被指数与叶面积指数之间的敏感性;通过敏感性分析发现改进型叶绿素吸收植被指数(MCARI2)具备抗土壤背景因素的影响能力,而且对叶面积指数较为敏感,因此该研究建立植被指数MCARI2与叶面积指数之间的经验统计模型,并用于高光谱数据进行叶面积指数反演;最后利用飞行同步测量的叶面积指数对反演模型进行精度分析。结果表明:相比实测叶面积指数,文中建立的反演模型约低估0.42,该反演模型能够较好的反映出地物真实叶面积指数。

传感器交叉辐射定标综述

当前遥感应用逐渐从定性向定量化发展的趋势对辐射定标的可靠性提出了更高的要求。传统的场地替代定标法虽然定标精度较高,但是其对场地及测量过程有很严格的要求,能够提供的数据非常有限。交叉定标是国际上新近发展起来的一种无场地定标技术,它的应用弥补了场地定标的不足。对光线匹配交叉定标、光谱匹配交叉定标、基于辐射传输模型交叉定标以及基于瑞利散射交叉定标4种交叉定标方法原理进行了详细介绍,并针对每种方法分析了其适用性。

基于冠层辐射传输模型的地表反射率光谱重建方法

针对基于多光谱数据有限光谱信息重建地表反射率光谱的病态求解难题,提出一种基于冠层辐射传输物理机理并充分考虑像元异质性的地表反射率光谱重建方法,该方法假设混合像元由植被和土壤两种地物类型组成,利用冠层辐射传输模型构造端元光谱查找表,进而通过组分比例因子估算实现基于多光谱图像的高光谱地表反射率模拟。以Landsat ETM＋多光谱图像为例的地表反射率超光谱重建验证实验结果表明,模拟的反射率光谱能够较好的反映不同地物特征信息。进一步地,利用模拟的地表反射率拟合Landsat ETM＋图像和MODIS图像,各波段模拟图像与实际观测图像之间具有较高的相关系数（Landsat：0.90-0.99,MODIS：0.74-0.85）,进一步验证了该方法的可行性。

基于光谱稀疏模型的高光谱压缩感知重构

提出了一种基于光谱稀疏化的压缩感知采样与重构模型,通过从训练样本中构建光谱稀疏字典提升光谱稀疏化效果,同时在重构时兼顾空间图像的全变分约束进一步提升重构精度.对200波段AVIRIS高光谱场景进行压缩感知重构的实验表明,利用构建的光谱稀疏字典与传统的DCT字典和Haar小波字典相比光谱稀疏化效果明显提升,同时在25%采样下基于光谱稀疏字典几乎无差别重构出了高光谱图像,同样条件下在空间和光谱的精度与现有常用方法相比有较大的提升.

新疆三工河流域农业需水量预测与分析

依据新疆三工河流域的农业生产发展情况以及农业用水现状,综合考虑该流域土地资源状况和农业发展方向,结合国家西部大开发战略和相关的宏观经济调整政策,预测2005年、2010年和2020年流域三个水平年的农业需水量,分析了未来20年的农业需水态势。同时,结合该地区工业、生活、生态环境需水量的未来变化趋势,平衡分析了在满足未来农业需水条件下的社会-经济-生态复合系统水资源配置的合理性,并提出从农业灌溉中节水,尽量追求内涵式发展的农业模式,这才是谋求三工河流域社会-经济-生态复合系统可持续发展的有效之路。同时,这也为国家对该地区的国土开发、经济建设布局以及长远水资源利用问题进行宏观决策提供了参考依据。

基于SAIL模型的多角度多光谱遥感叶面积指数反演

随着多角度传感器的陆续出现及植被遥感传输机理研究的深入,多角度遥感逐渐成为地表信息反演的热点问题。以SAIL冠层反射率模型为基础,通过联合多角度和多光谱数据,可以从物理机理角度进行植被叶面积指数(LAI)反演的应用研究。首先通过计算得到多角度多光谱遥感影像的角度信息,并经6S模型纠正后得到多光谱多角度植被冠层反射率数据。然后将PROSPECT模型模拟出的植被叶片反射率和透过率,以及多角度观测数据、LAI和其它实测数据输入SAIL模型,模拟得到了多角度多光谱冠层反射率,进而建立多角度多光谱冠层反射率与LAI的查找表。最后,将影像的多角度多光谱冠层反射率与查找表进行匹配,实现植被LAI的反演。最后对反演结果进行了验证和分析,结果表明反演精度较高,误差均在合理范围之内。

定量遥感在地下水研究中的应用

定量遥感是从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究,区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法,是一种定量研究地下水的新技术手段。重点阐述了其在地下水找水、地下水水源探测与评价、地下水水量与水位预测、地下水水质研究等领域中的应用,结果表明该技术是定量研究地下水资源预测、评价及探测等的重要手段之一,具有广阔的应用前景。

一种基于压缩感知理论的LCTF光谱超分辨方法

液晶可调谐滤光片(LCTF)因其在宽谱段上具有简单、高效的调谐滤光功能常作为微型光谱仪应用在多种测量领域.然而,滤光式光谱仪的光谱分辨能力受限于其系统的带宽,进行高分辨测量时的硬件成本和测量数据量都较大.将压缩感知理论引入LCTF的光谱测量中,通过将LCTF获取的测量数据与其对应的调谐波长处的透过率函数进行关联计算,得到光谱分辨率优于系统带宽的目标光谱曲线.分析表明,本文模型下的压缩感知测量矩阵具有良好的非相关性,同时对地物光谱进行的压缩感知重构结果表明,在仅进行32次测量的条件下,本文方法得到了珍珠石目标的128波段的光谱曲线,能分辨出传统方法不能分辨的光谱细节,且反射率的平均误差仅有0.75%,同时对噪声具有一定的抵抗性.

我国遥感技术标准化工作及规划

由于遥感技术的标准研究及制订工作远远落后于遥感技术的发展,影响着遥感技术发展和产业化的进程。全国遥感技术标准化技术委员会为适应这一需求,率先在国内组织开展遥感技术标准化研究与标准体系的建立工作。这对于推动我国遥感技术的发展和产业化进程,以及形成具有自主知识产权的国际标准,提高我国在国际标准化舞台上的地位、作用和影响力意义重大。本文分析了国内外有关遥感技术标准方面的研究现状,介绍了我国遥感技术标准化技术委员会及其工作情况,初步提出了我国遥感技术标准化工作计划和发展策略。

利用AIRS数据交叉辐射定标SVISSR分裂窗通道

利用高精度和稳定的AIRS/Aqua(Atmospheric InfraRed Sounder on board Aqua)数据对SVISSR/FY-2C(Stretched Visible and Infrared SpinScan Radiometer on board Feng Yun 2C)的两个分裂窗通道IR1(Infra Red 1,10.9μm)和IR2(InfraRed 2,11.9μm)进行交叉辐射定标的方法,并利用赤道附近2006年12月和2007年12月的AIRS和SVISSR数据完成了交叉辐射定标,结果表明,SVISSR数据与卷积得到的AIRS数据高度线性相关,SVISSR/FY-2C传感器的两个分裂窗通道不仅存在定标误差,而且定标误差随时间的变化呈现增大的趋势。相对于AIRS/Aqua测量值,当SVISSR的通道亮温从220K变化到340K时,2006年12月IR1通道的温度调整量从5.8K变化到-4.4K,而2007年12月IR1通道的温度调整量从6.9K变化到-5.1K;2006年12月IR2通道的温度调整量从2.2K变化到-1.5K,而2007年12月IR2通道的温度调整量从6.3K变化到-6.1K。

《被动光学高光谱强度关联成像技术》2014年度进展报告

经过一年来的努力,基本按时完成了预定的各项研究任务。(1)完成了单次曝光高光谱强度关联光谱成像光学设计理论及实验验证,获得了系统空间分辨率、光谱分辨率及信噪比之间的相互制约关系。完成了基于最临近插值法和双线性插值法的测量矩阵标定方法的建立,建立了自动化标定系统。初步完成了系统测量矩阵的优化设计,加工得到了部分满足设计指标的空间随机相位调制器样件。完成了单次曝光高光谱强度关联成像试验样机光机设计。(2)研制出一台单光子强度关联光谱相机,并开展了2公里的野外成像,采用了互补测量的方法,优化了压缩感知算法,获得了高质量的图像输出。旨在用单光子点探测替代单光子面阵探测器完成单光子级别的超灵敏遥感光谱成像。(3)在理论上创新的提出了通过预先对光谱通道阵列进行更加精细定标的方式,然后引入光谱重构算法,如吉洪诺夫正则化(Tikhonov regularization)算法进行求解,可以在不牺牲其他性能指标或者不增加硬件成本的条件下有效的改善传统分光技术的光谱分辨率。在实验方面,引入了微反射镜(DMD)作为光谱通道选择器,设计了相关的样机系统,验证了理论算法的可靠性和正确性,当对每个光谱通道预先进行更加精细的光谱定标时,系统的光谱分辨率得到了有效的提高。(4)开展了热光信号参量放大的实验和实际物体的光参量图像放大实验研究,完成了热光参量放大闲置光和种子光的关联成像实验,搭建近红外波段光参量放大实验光路,开展了近红外脉冲放大关联成像实验。(5)搭建了无透镜关联成像装置,对太阳光进行了滤波,得到了带宽很窄的太阳光。演示了太阳光的HBT实验,并且在HBT实验的基础上做了一维物体的太阳光关联成像实验。最后我们对实验结果进行了系统的分析,初步得到了太阳光关联成像对比度低的原因,并提出了改进措施。(6)在强度关联图像质量要素表征及评价方法研究方面,本年度主要完成了不同空间和光谱结构及稀疏度的仿真场景构建方法研究;完成了影响被动光学关联成像质量因素分析;初步开展了被动光学高光谱强度关联图像质量评价方法研究;为下一年度的研究工作奠定了基础。初步完成三维图像快速重构算法,和基于梯度投影原理的GPSR_BB算法进行了结果比对,在相同采样率的情况下,图像信噪比得到了很大的提高。在采样率较低的情况下,图像质量提升更加明显,为此可以有效地降低采样次数。

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。

基于大气吸收线特征的高光谱热红外数据地表温度/比辐射率反演算法

地表温度和比辐射率的准确提取和反演是热红外遥感的核心问题之一.由于地表温度/比辐射率反演问题的病态性,以及地表—大气强耦合特征等诸多问题,导致目前反演精度仍有待进一步提高.通过深入挖掘大气吸收峰/谷通道处下行辐射偏移量特性,提出了一种基于大气吸收线特征的高光谱热红外温度/比辐射率反演方法,并通过最优通道选择提高了算法的效率和精度.算法一定程度上可抑制大气校正不准确引入的误差,能够有效提高低比辐射率地物的反演精度.模拟数据结果表明:针对高比辐射率地物,算法与ISSTES方法的反演精度基本一致;针对低比辐射率地物,算法最大可提高温度0.48 K和比辐射率2.1%的精度.地面实测数据结果表明:约77%的样本温度反演误差优于1K,比辐射率误差均值优于0.01.

基于Terra/MODIS数据的HJ-1B/CCD1交叉定标方法研究

交叉辐射定标是国际上新近发展起来的一种无场地定标方法,它的应用弥补了场地定标成本较高、定标参数更新周期较长的不足。对于我国2008年发射的环境与灾害监测预报小卫星CCD数据而言,探索交叉辐射定标方法的适用性,对及时发现传感器辐射性能的变化,促进CCD遥感数据的定量化应用具有重要意义。本研究以辐射定标精度较高的Terra/MODIS数据为参考,分别使用光线匹配法(RM)和辐射传输模型方法(RTM)对HJ-1B/CCD1数据进行交叉辐射定标,并与相同条件下进行的场地定标结果比较。实验结果表明,使用这两种方法获取的CCD1的第2、3、4波段的定标结果与场地定标结果差异较小,只有第1波段定标结果与场地定标结果差异相对较大,这证明了交叉辐射定标方法的有效性。另外,虽然RTM方法考虑了参考传感器和待定标传感器光谱响应和观测几何的差异,但是由于RTM方法会受到所使用的6S模型本身的误差以及输入的大气参数、地表参数测量误差的影响,该方法并不总是优于RM方法。

草地草种遥感判别技术研究进展

草地是促进区域经济发展的重要资源载体,也是中国陆地生态环境安全的重要生态屏障。遥感技术快速、高效、成本较低,是大范围草原监测的主流技术手段。利用遥感技术对草地草种进行判别是监测草地种群动态和群落更替的重要途径,有利于及时准确地发现草地生态环境的变化,为草地生态系统科学管理和生态文明建设提供重要参考。本研究围绕草地草种遥感判别问题,厘清草种判别技术流程,从草种判别主要遥感数据源的特点及其获取技术、重要的草种判别特征及其挖掘技术,以及目前常用的草种判别方法与模型等3个方面介绍了最新研究进展及技术难点。本研究认为,高光谱、激光雷达遥感及其融合技术在草种遥感判别中具有一定的应用前景,多维特征深度挖掘及互补特征有效结合可提升草种判别准确率。本研究指出了当前草种遥感判别技术存在的主要问题,对未来通过遥感技术实现草地草种的精确判别提出了展望,为全面了解草地草种遥感识别领域和深入开展草种判别研究提供了理论借鉴。

中红外双通道夜间数据地表温度反演方法

地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外（8～14μm）数据相比，中红外（3～5μm）波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低，在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路，发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法，分析了宽通道组合（3～4 μm和4～5 μm）和窄通道组合（3929～3.989 μm和4.020～4.080μm）模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明，宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为～0.5 K和～0.3 K；噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.

基于DEMETER卫星观测数据的电离层离子温度时间序列预测模型

提出了一种利用DEMETER卫星观测量构建电离层离子温度背景场及预测模型的时间序列分析方法。首先,通过分析卫星轨道重访周期与建模格网大小的关系,确定了时间序列采样轨道数据的空间区域大小为1.75°×1.75°、时间间隔约为14天。然后,基于电离层离子温度明显的季节变化特征,采用自回归移动平均模型(ARIMA)构建时间序列预测模型来描述电离层离子温度及其周期性变化。最后,采用2006年～2009年的DE-METER卫星观测数据验证了该时间序列预测模型,结果表明ARIMA季节模型能较好地模拟电离层离子温度在时间上的变化趋势,建立较为可靠的电离层背景场。