三维可视化的天气诊断类卫星遥感应用产品培训系统建设

本文通过对当前三维可视化技术在气象领域的应用背景和意义进行研究,探讨了以台风、沙尘暴监测为例开展天气诊断类卫星遥感应用产品三维可视化培训系统建设的工作。

多卫星遥感降水产品寒区误差时空特征分析

选取北方寒区呼兰河流域作为典型研究区,以地面雨量站及采用IDW插值方法获得的IDWP降水数据作为基准,采用多种统计学指标评估多卫星遥感降水产品在日、月、季度时间及0.05°×0.05°像元空间尺度对寒区地面降水探测精度,以SWAT模型研究其径流模拟适用性,比较TRMM最新一代3B42V7降水产品相对于3B42V6改进程度。结果表明,TRMM 3B42V7与TRMM 3B42V6相比,对流域平均及总体降水量探测均有改进,日时间尺度上,V6过低估计地面降水0.89%,而V7过高估计5.43%,月及季度时间尺度上,两者与雨量站降水量较为接近,降水强度探测方面,两者对不同降水强度区间降水发生频率均有不同程度估计,V6和V7均过高估计高强度大雨和暴雨量,分别高出21.98%、17.03%。V7对空间降水探测精度优于V6。日径流模拟方面,V7与V6相比,在寒区对径流模拟改进效果不显著,验证期二者模拟结果接近,均可应用于寒区径流模拟。CMORPH_CRT、CMORPH_RAW、PERSIANN_CDR数据在寒区评估效果较差,不宜在北方寒区推广。

卫星遥感地质信息产品分类标准研究进展

标准是社会发展的智慧结晶,技术标准的制定是助力生产力发展和管理水平进步的有效手段。卫星遥感技术一直以来都是地质调查领域的重要技术手段,随着我国国产卫星建设的持续发展,卫星遥感技术在地质调查相关领域的应用日趋成熟,在遥感地质调查工作中形成了大量的成果产品。然而,在卫星遥感信息产品的总结、梳理、规范方面,相关标准严重缺失,导致形成的成果产品规范性不强,生产端和应用端理解不一致,同时也对成果产品的规范管理造成了严重影响。针对上述情况,通过对可解译要素和地质相关领域成果产品的梳理总结,开展了卫星遥感地质信息产品分类标准的研究制定工作,提出将卫星遥感地质信息产品分为基础类产品和应用类产品2类,每类中分别包含了若干成果产品,从而建立了“要素-基础类产品-应用类产品”的分类体系,为规范地质调查成果入库提供技术支持。

不同卫星遥感降水产品在甘肃武威地区的适用性及修正方法研究

CMA和JMA卫星遥感降水产品由于时间和空间尺度较多,在国内许多地区水文监测及水资源领域中得到应用,以甘肃武威南部地区为研究对象,结合区域实测降水数据,对CMA和JMA两种常用卫星降水产品在甘肃武威地区的适用性进行分析,并对其修正方法进行研究。结果表明:CMA卫星降水产品总体精度好于JMA,但JMA在大雨量级的精度好于CMA卫星降水产品,采用卡尔曼滤波方法对降水产品进行修正后,卫星降水产品总体精度得到较为明显的改善。研究成果对于甘肃地区卫星降水产品的数据同化具有重要的参考价值。

卫星遥感技术在空气点位布设评估工作中的应用研究

以苏州市为例,利用2013-2014年MODIS高分辨率大气气溶胶卫星遥感产品对国控空气监测点位布设调整方案进行评估论证,通过提取2 km和5 km半径范围的PM2.5遥感观测数据,与现有国控布设点位的地面监测数据进行相关性分析后,确定卫星产品用于评估验证是可靠的;通过不同天气场下PM2.5月均值浓度分布的比较,表明调整后空气点位布设具有很好的代表性。

不同卫星遥感降水产品在辽东山区的适用性及修正方法研究

文章对比分析CMA和JMA两种卫星遥感降雨产品在辽东山区降水量应用效果,并对其降水量进行修正。结果表明:CMA卫星降雨产品在大雨量级的总体应用效果好于JMA降雨产品。采用卡尔曼滤波方法对卫星遥感降水产品进行修正后,修正降水量和气象站实测降水量之间的误差<10%。研究成果对于卫星遥感降水产品在辽东山区的应用具有重要参考价值。

卫星土壤水分产品在青藏高原地区的适用性评价

为了分析土壤水分产品在青藏高原地区的可靠性和适用性,利用青藏高原地区地下5 cm深度的地面实测土壤水分数据,结合多种评价指标(相关系数R、均方根误差RMSE、偏差Bias和无偏均方根误差ubRMSE)对土壤水分主动-被动探测卫星(SMAP)、高级微波扫描辐射计2(AMSR2)、风云三号(FY-3B)土壤水分产品,从时间和空间两个方面进行了适用性研究。结果表明:(1)土壤水分产品均能反映青藏高原的土壤水分变化,在降水较多的季节,三种产品精度均有不同程度的下降。(2)土壤水分产品在夏季和秋季反演效果好于冬季和春季,并且在秋季与实测值更接近。其中,SMAP产品在各个区域都能反映土壤水分的季节变化趋势,并普遍在夏季高估、冬季低估;AMSR2产品在夏季低估,冬季明显高估;FY-3B产品在夏季普遍低估。(3)土壤水分产品在那曲和狮泉河地区反演结果较好,在那曲地区与实测值相关性最高;在玛曲地区表现出较大的不确定性,虽然相关系数较高,但RMSE和Bias同样较高,整体精度较差;SMAP产品在阿里地区满足目标精度。综合来看,SMAP产品在青藏高原地区反演结果较为稳定,受气候和环境的影响较小,具有相对较大的R和较小的RMSE和Bias。

SMOS和SMAP卫星土壤水分产品的对比评价与差异分析

为了对比分析SMOS(soil moisture and ocean salinity)和SMAP(soilmoisture active passive)遥感产品土壤含水量数据的质量与精度,本文基于来自美国本土的3种测站网络CRN(climate reference network)、SCAN(soil climate analysis network)和SNOTEL(snowpack telemetry network)的261个站点实测数据,从整体与分站点两个角度进行评价,并探究影响二者表现差异的不同影响因子。结果表明:①对两种卫星遥感水分产品进行整体评价或按照站点进行评价时,SMAP表现均优于SMOS;②同一土壤水分产品在不同土地覆盖类型下的精度差异较大,不同土壤水分产品对于同种土地覆盖类型的响应不同;③季节变化下温度和降水变化,从而影响卫星反演精度;④地形与海拔变化也会引起卫星产品反演水平的变化,随着海拔高度升高,卫星观测的准确性降低。综合来看,目前直接利用卫星观测获取的土壤含水量与实测值之间仍存在一定差异,未来我们应进一步提高卫星观测数据的准确性。

遥感卫星数据产品分类分级规则研究

随着遥感卫星应用的发展,多源、多时相、多尺度以及不同类型遥感卫星的数据综合集成应用以及与地面观测信息集成,对遥感信息产品进行深度开发利用正在成为遥感应用的重要趋势。目前不同国家和地区、不同系列的遥感卫星数据产品分别采用不同的分类分级方案,难以适应多源、多系列地理空间信息整合应用的需求。本文从遥感应用对遥感卫星数据产品分类分级的需求出发,分析了目前主要遥感卫星的产品系列及其数据产品分类分级规则,参考了正在研究的相关国际标准,遵循系统性、科学性、完整性、兼容性、可操作性和可扩充性原则,研究提出了中国遥感卫星数据产品分类分级的规则。该规则以卫星载荷采用的遥感探测光谱特征及其数据获取方式作为分类依据,以卫星遥感数据的处理水平作为分级依据,建立统一的遥感卫星数据产品的分类分级体系。该规则与正在研究制订的相关国际标准保持一致,不但覆盖目前广泛应用的各类遥感卫星数据产品,而且能方便地建立与现有遥感卫星数据产品分类分级方案的映射关系,并且对未来的数据产品的分类分级留有比较充分的可扩充性,为遥感卫星数据产品分类分级指标体系的研究和相关国家标准的研制提供了依据。

面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机空港布局

针对高分卫星遥感共性产品真实性检验对无人机数据的需求,本文以已有野外台站为依托,开展无人机空港布局研究。首先,综合考虑影响卫星产品空间变异的因素,构建了地理背景覆盖率的物理模型;其次,基于地理背景覆盖率改进覆盖模型提出最大地理背景覆盖模型,并利用简单随机抽样中的样本容量确定方法确定合理的空港数量,分别利用本文提出的最大地理背景覆盖模型和已有最大面积覆盖模型进行空港布局的研究;最后,对两种模型下的空港布局结果进行对比,并利用MODIS EVI数据产品对布局结果进行验证。结果表明,在空港数有限的条件下(n=60),最大面积覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为26.66%,能代表70.37%的中国陆地区域,而最大地理背景覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为38.32%,能代表73.36%的中国陆地区域。最大地理背景覆盖模型比最大面积覆盖模型能获得更优的空港布局结果,可用于支撑中国区域面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机观测网络建设。

多源降水信息在秦淮河流域洪水模拟中的应用

目前天气雷达测雨与卫星遥感降水具有高时空分辨率与大面积的覆盖范围等特点,为洪水模拟预报提供了新的数据支持,但此类降水产品的预报能力差别较大,因此需对其进行精度评估。结合地面雨量站观测数据,在中纬度秦淮河下游流域定量评估S波段雷达测雨和全球高分辨率卫星CMORPH,Era-Interim,GPM和TRMM(3B42V7)降水数据的精度,并采用三水源新安江模型对选定的3场洪水过程进行了模拟。结果表明:在洪水过程径流模拟中,S波段雷达测雨数据与4种卫星降水产品均具有较好的径流模拟适用性;除雨量站外,精确度最高为S波段雷达和GPM,是当前评估中最好的降水产品,径流模拟精度达到0.92以上,且两种降水产品的趋势一致,其次是TRMM(3B42V7),Era-Interim,CMORPH卫星降水数据。研究成果可为天气雷达与常用卫星遥感降水数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。

基于分布式水文模拟的流域土壤水分时间稳定性分析

针对大范围地面土壤水监测会耗费大量人力物力等问题,为了获取密度较高同时又准确可靠的流域土壤水数据用于时间稳定性分析,寻找可以反映流域土壤水平均状况的代表性点,利用分布式水文土壤植被模型(DHSVM)模拟淮河黄泥庄水文站以上小流域293个采样网格上、中、下三层土壤含水量数据。结果显示:垂向方向上,黄泥庄流域土壤水分时间稳定性随深度递减;流域上层和中层具备时间稳定性特征的代表性点具有较高的一致性,易发生于流域主要土壤和植被类型覆盖区域,在此区域布设测点观测土壤水,可以更准确快速地捕获代表黄泥庄流域上层和中层平均土壤水分特征;采样点7、17和215可作为上、中层土壤的流域平均土壤水代表性点,利用它们预测流域土壤水平均值,可降低观测成本。研究成果可为流域土壤水监测方案设计提供参考。