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基于页岩气返排液中甲烷浓度及排放速率的红外光谱反演研究 被引量:4
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作者 成潇潇 刘建国 +3 位作者 徐亮 徐寒杨 金岭 薛明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3717-3721,共5页
随着页岩气的开发,传统的手持式甲烷测量仪无法继续应对复杂的开采工况。针对页岩气开发过程中温室气体甲烷的浓度及排放速率难以实时在线监测的问题,利用自主设计并搭建的开放光程傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量系统,对页岩气开采过程... 随着页岩气的开发,传统的手持式甲烷测量仪无法继续应对复杂的开采工况。针对页岩气开发过程中温室气体甲烷的浓度及排放速率难以实时在线监测的问题,利用自主设计并搭建的开放光程傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量系统,对页岩气开采过程中各种工况下返排液进行实时在线测量。其中FTIR分辨率为1 cm^(-1),光程为50 m,红外光源通过返排液正上方被光谱仪接收。对测量所得的红外光谱进行多次平均,提高光谱质量并进行反演计算。从HITRAN数据库中提取甲烷特征吸收截面,考虑环境与仪器等影响,对测量温度进行修正,选取合适的吸收波段,与水汽的吸收截面进行吸收峰叠加,合成标准光谱。使用最小二乘法对实测光谱与标准光谱进行拟合,从而反演出甲烷浓度。并根据返排液排放速率,结合光路通过返排池的距离及红外光谱反演浓度,对页岩气开采过程中甲烷排放速率进行计算。结果表明:不同开采工况下,光谱反演浓度呈明显起伏变化。更换三项分离器时,甲烷浓度有明显上升;在点燃火炬时,甲烷浓度持续低值;其红外光谱反演浓度符合页岩气开采过程中甲烷排放情况。改变测量光谱平均次数,对返排液甲烷进行单位小时和连续80小时测量并分析。在单位小时内,甲烷浓度在100~800μmol·mol^(-1)范围内呈现明显起伏变化;甲烷的排放速率在50~300 m^(3)·h^(-1)内波动。对返排液进行80小时连续测量,甲烷浓度最大值为936.4μmol·mol^(-1),其最大排放速率达到535.1 m^(3)·h^(-1);最低值为36.82μmol·mol^(-1)最小排放速率为18.63 m^(3)·h^(-1)。反演数据结果说明:在页岩气开发过程中,其返排液为一个无组织甲烷排放源,且排放速率在短时间内变化十分明显。红外光谱反演浓度和传统手持式甲烷测量仪测量结果具有较好一致性,相关系数为0.7436。相对于传统手持式甲烷测量仪器,红外光谱反演法具有响应速度更快,非接触远距离,实时在线测量等优势。 展开更多
关键词 页岩气 甲烷 红外反演 浓度 排放速率
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基于多旋翼无人机的热红外地表温度场反演系统设计 被引量:4
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作者 胡鹏 伍光胜 +1 位作者 傅铭治 罗意斓 《计算机测量与控制》 2019年第5期188-191,共4页
对当前城市热岛效应研究所采用的三类主要方法进行了分析,分别得出其优势和存在的不足,提出了一种基于微小型多旋翼无人机平台开发小尺度高分辨率地表温度场观测系统的创新思路,并通过对红外测温原理的研究,设计了热红外无人机地表温度... 对当前城市热岛效应研究所采用的三类主要方法进行了分析,分别得出其优势和存在的不足,提出了一种基于微小型多旋翼无人机平台开发小尺度高分辨率地表温度场观测系统的创新思路,并通过对红外测温原理的研究,设计了热红外无人机地表温度场反演系统,开发了B/S架构的地表温度场反演软件,实现了红外图像实时传输、自动拼图、米级网格化地表温度场反演、实景地图叠加、历史数据回放和数据导出等功能;经多次飞行实践应用表明,该系统运行稳定、数据准确、投资少,机动灵活,使用方便,可弥补传统卫星遥感等观测手段的不足,为开展城市区域热环境精细化观测提供了一种新的技术平台与工具,也为气象无人机的应用开辟了一个新的方向。 展开更多
关键词 气象观测 无人机 红外反演 地表温度 城市热岛
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基于遥感反演的空间下视系统红外场景仿真 被引量:2
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作者 薛莲 张力 +2 位作者 刘佳琪 李志峰 张陆萍 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期44-48,共5页
空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表... 空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表红外纹理图像在传感器焦平面上重采样,最后按照辐射传输理论,计算生成光学入瞳前红外场景。仿真结果表明:该方法可以逼真地模拟地物场景红外纹理特征。将热红外遥感反演技术应用于红外场景仿真,极大简化了大规模地表场景仿真过程,为空间下视系统红外场景仿真提供了一种直观、有效的新方法。 展开更多
关键词 红外场景仿真 红外遥感反演 红外成像模型 红外纹理
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多光谱遥感的地温反演及岛状冻土区分割方法研究 被引量:2
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作者 王春娇 单墨楠 +1 位作者 胡照广 单炜 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1390-1396,共7页
受全球气候变化影响,国内东北高纬度冻土地区多年冻土退化显著,冻土融化过程中水分相态变化对土体的力学指标产生严重影响,导致多条高速公路路域滑坡、路基不均匀沉陷等地质灾害频发。为了研究岛状冻土区域分布规律,以北安至黑河高速公... 受全球气候变化影响,国内东北高纬度冻土地区多年冻土退化显著,冻土融化过程中水分相态变化对土体的力学指标产生严重影响,导致多条高速公路路域滑坡、路基不均匀沉陷等地质灾害频发。为了研究岛状冻土区域分布规律,以北安至黑河高速公路K153-K183路域为研究区,分别选择覆盖范围2009年3、5、9月3景Landsat 7 ETM+影像数据,运用辐射传输方程法对研究区进行红外地表温度反演,得到研究区对应日期时刻地表温度图,分析了地温与NDVI、DEM的相关性。对反演的结果采用自然间断点分级法进行图层分类,通过对研究区地表温变分析和人工解译,获得对应时刻区域内的低温区分布图,对低温区进行相交运算,得到研究区2009年冻土分布图,经与北安至黑河高速公路冻土勘察结果比对,具有较好的一致性。 展开更多
关键词 多年冻土 冻土分布 红外地温反演 小兴安岭 多光谱遥感
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DRP-4DVar方法同化AIRS反演资料在一次江淮流域暴雨中的应用 被引量:5
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作者 卢冰 刘娟娟 +1 位作者 王斌 李俊 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2013年第5期562-570,共9页
利用经济省时的降维投影四维变分同化方法(DRP-4DVar),在2009年7月22~23日江淮流域的一次大暴雨过程中同化晴空条件下高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演温度、湿度廓线,改进此次强降水过程的模拟。试验结果分析显示,同化AIRS反演的温... 利用经济省时的降维投影四维变分同化方法(DRP-4DVar),在2009年7月22~23日江淮流域的一次大暴雨过程中同化晴空条件下高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演温度、湿度廓线,改进此次强降水过程的模拟。试验结果分析显示,同化AIRS反演的温度及湿度场后,基于四维变分同化系统的模式约束,能够改进湿度场、高度场、高低层散度场。从累积降水量偏差图及同化试验增量图可以看到,正降水量偏差对应于正湿度增量、负位势高度增量及低层负散度高层正散度增量,负降水量偏差则与之相反。同化试验较参照试验可更好地模拟出暴雨的天气形势、对暴雨的落区及强度有更好的反映。此外,从单次同化与连续同化的试验对比结果看出,连续同化试验结果较单次同化结果有进一步的改进,说明不断加入新的观测资料可以更好地模拟强降水过程。 展开更多
关键词 降维投影 四维变分 高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演资料 暴雨
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哈尔滨市不同土地利用类型的热环境特征
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作者 刘志存 《科学技术创新》 2021年第4期11-13,共3页
城市化的不断发展使越来越多的自然地表变成了不透水面,造成城市地表温度比农村地区高,形成了显著的热岛效应,城市的生态发展和人类健康受到了严重的影响。本文探讨黑龙江省哈尔滨市区不同土地利用类型与地表温度的关系和不同地表温度... 城市化的不断发展使越来越多的自然地表变成了不透水面,造成城市地表温度比农村地区高,形成了显著的热岛效应,城市的生态发展和人类健康受到了严重的影响。本文探讨黑龙江省哈尔滨市区不同土地利用类型与地表温度的关系和不同地表温度与遥感指数的相关性分析,为哈尔滨市生态环境可持续发展提供科学的理论依据。以哈尔滨市区2001,2008,2015和2020年的Landsat TM和Landsat OLI/TIRS四期遥感影像为基础,根据GIS和RS技术,叠加分析同年份的土地利用和地表温度,以表格显示分区统计,并借助多元线性回归分析法探讨地表温度与遥感指数之间的关系。结果表明:(1)从土地利用类型来看,地表温度最高的是建设用地,其次是植被,水体最低。(2)地表温度与NDVI、MNDWI呈负相关,NDVI值增加0.1,地表温度最高可降低2.5℃,MNDWI值增加0.1,地表温度最高可降低2.3℃,证明植被和水体面积越大,地表温度越低;地表温度与NDBI呈正相关,NDBI值增加0.1,地表温度最高可提高2.8℃,证明建设用地面积越大,地表温度越高。 展开更多
关键词 哈尔滨市 红外反演 多元线性回归
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基于分数阶微分的博斯腾湖湖滨绿洲土壤电导率高光谱估算 被引量:5
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作者 赵慧 李新国 +2 位作者 靳万贵 麦麦提吐尔逊·艾则孜 牛芳鹏 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 2021年第1期118-125,共8页
【目的】探讨分数阶微分在高光谱估算湖滨带绿洲土壤电导率的可行性,实现土壤盐分的高精度监测.【方法】以博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,引入分数阶微分对土壤高光谱反射率进行0~2阶微分处理,利用相关性检验和连续投影算法优选特征波段,构... 【目的】探讨分数阶微分在高光谱估算湖滨带绿洲土壤电导率的可行性,实现土壤盐分的高精度监测.【方法】以博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,引入分数阶微分对土壤高光谱反射率进行0~2阶微分处理,利用相关性检验和连续投影算法优选特征波段,构建土壤电导率的全波段和特征波段,以及利用连续投影算法优选的全波段和特征波段的4种偏最小二乘回归模型,依据决定系数、均方根误差优选土壤电导率的最佳估算模型.【结果】通过P=0.01显著性检验的特征波段,随着阶数的增加,土壤电导率的特征波段数从725增加至776再减少至498;相关系数值随着阶数的增加从0.48至0.68再减少至0.59.0~0.6阶的相关系数绝对值最大值对应的特征波段分布在581~744 nm,0.8阶~2阶相关系数绝对值最大值对应的波段分布在近红外波段.利用连续投影算法筛选土壤电导率的全波段,其1.4阶微分的波段数量最多,达到6个;利用连续投影算法筛选土壤电导率的特征波段,其2阶微分的波段数量最多,达到3个.连续投影算筛选全波段的偏最小二乘回归模型为土壤电导率的最优模型,分数阶为1.6阶,波段分布在近红外波段,R_(C)^(2)=0.64,RMSE C=3.06,R_(V)^(2)=0.83,RMSE V=2.86.【结论】基于分数阶微分的高光谱估算模型具有较好的稳定性,模型估算的预测能力较好,可以为湖滨带绿洲土壤高光谱估算土壤电导率含量提供方法支持. 展开更多
关键词 土壤电导率 分数阶微分 连续投影算法 全波段 红外光谱反演
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Effective Solution Algorithm for Tomographic Inversion of Volume Emission Rate from Satellite-based Limb Measurement
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作者 WANG Zijun CHEN Shengbo 《Chinese Geographical Science》 SCIE CSCD 2011年第5期554-562,共9页
The volume emission rate (VER) of airglow can be used to investigate atmospheric processes. Satellite-based limb measurement of atmosphere is able to obtain the VER profile of airglow with high vertical resolution. Ho... The volume emission rate (VER) of airglow can be used to investigate atmospheric processes. Satellite-based limb measurement of atmosphere is able to obtain the VER profile of airglow with high vertical resolution. However, the traditional one-dimensional retrieval techniques for VER inversion fail to retrieve horizontal structure of VER profile. Thus, the tomographic technique based on the maximum probability is applied to retrieving two-dimensional VER profile of airglow from infrared limb measurement. This technique could process the observed data with low signal-to-noise ratio caused by the observation angle of less than 180° due to the solid nature of the Earth. For saving the processing time and improving the computing speed of VER inversion, serial tables for storing the large sparse matrix for radiance simulation and a large dataset during iterative estimate of VER are presented. The index and weighting factor of line of sight (LOS) through each grid are saved in initial estimate to avoid being computed repeatedly. Furthermore, the product of observed radiance and corresponding weighting factor obtained in initial iteration is stored as weighted observed radiance for the iterative calculation subsequently. Based on the improved algorithm, the VER of airglow is inversed through the tomographic technique. The full width of half maximum (FWHM) of error is 1.78% and the offset of the peak percentage error is 0.22% after 40 iterations for final VER. Comparison of assumed and retrieved VER profiles suggests that VER can be retrieved with a bias of 15% between 10 km and 90 km above the LayerMin (6384 km from the Earth center), and with a bias of 8% for altitude from 30 km to 60 km with vertical resolution of 1 km after 40 iterations. After improvements, the computation speed of VER inversion for once can be improved by 29.6 times for 700 images of 1/3 orbit, and accordingly, the processing time will be reduced from 3 hours and 11 minutes to only 6 minutes. In conclusion, the improvements to tomographic inversion of VER of airglow proposed in this paper are effective and significant. 展开更多
关键词 volume emission rate tomographic technique limb measurement RADIANCE AIRGLOW
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基于红外掩日通量法的离轴仿真及波数校正
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作者 成潇潇 刘建国 +3 位作者 徐亮 徐寒杨 金岭 沈先春 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期72-79,共8页
针对红外掩日通量法准直系统中光路聚焦点位置对光谱质量及气体质量浓度反演精度的影响,建立了参考坐标,推导了干涉腔内的光路,并提出了一种红外光谱修正算法。利用ZEMAX软件仿真分析了干涉腔内光路的离轴情况,结果表明,聚焦点位置的变... 针对红外掩日通量法准直系统中光路聚焦点位置对光谱质量及气体质量浓度反演精度的影响,建立了参考坐标,推导了干涉腔内的光路,并提出了一种红外光谱修正算法。利用ZEMAX软件仿真分析了干涉腔内光路的离轴情况,结果表明,聚焦点位置的变化会导致碲镉汞探测器上光斑的大小、位置及强度发生变化。外场实验结果表明,光束离轴角的变化会引起光束干涉强度及信噪比的变化。静态测量情况下,传统算法和本算法的SF_(6)波数平均漂移量分别为0.2602 cm^(-1)和0.1146 cm^(-1);动态测量情况下,传统算法和本算法的SF_(6)波数平均漂移量分别为0.2355 cm^(-1)和0.0860 cm^(-1),且本算法反演的待测气体质量浓度精度更高。 展开更多
关键词 几何光学 掩日通量法 波数漂移 波数校正 红外光谱反演
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武汉市夏季城市热岛与不透水面增温强度时空分布 被引量:51
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作者 樊智宇 詹庆明 +2 位作者 刘慧民 杨晨 夏宇 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期226-235,共10页
城市化的不断发展使自然地表不断被不透水面所取代,城市地表温度高于乡村,形成了显著的热岛效应。城市热岛给城市生态发展与人类健康带来了严重的负面影响,对其空间模式与背后形成机制的研究意义重大。本文以武汉市为例,基于2001、2007... 城市化的不断发展使自然地表不断被不透水面所取代,城市地表温度高于乡村,形成了显著的热岛效应。城市热岛给城市生态发展与人类健康带来了严重的负面影响,对其空间模式与背后形成机制的研究意义重大。本文以武汉市为例,基于2001、2007和2016年夏季Landsat系列影像使用辐射传导方程法反演了城市地表温度,并采用MOD11A1数据进行了验证;同时,计算了不同时期的城市温度等级和热岛比例指数,分析了城市热岛的时空变化。此外,为了探究热岛效应形成的主要原因,即不透水面与热环境的关系,全局角度使用多元线性回归分析对比了其增温效果与植被水体降温效果的强弱,空间局部角度采用地理加权回归结合地形数据得到了其增温强度的时空变化。结果表明:①辐射传导方程法适用于实验中研究区的反演;武汉市城市热岛比例指数先增后减,但温度等级高的地区仍在不断扩张;②多元线性回归可以准确地反映不同地表覆盖对地表温度的影响,R2值为0.910,总体上武汉市不透水面的增温效果强于植被的降温效果,并弱于水体的降温效果;③2001-2016年不透水面增温强度较高区域的分布呈现"单中心"到"多中心"的变化趋势,由单一集中于中心城区变为了分散集中于三环线附近的汉阳沌口工业区、青山工业区、阳逻开发区和东西湖区等地区。综上所述,武汉市夏季热环境问题仍然较为严重,城市外部地区的不透水面增温强度正在逐渐增大,规划治理应当给予这些地区更多的关注。 展开更多
关键词 武汉市 热岛效应 红外反演 不透水面 多元线性回归 地理加权回归
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XCO_2 satellite retrieval experiments in short-wave infrared spectrum and ground-based validation 被引量:4
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作者 ZHOU MinQiang ZHANG XingYing +3 位作者 WANG PuCai WANG ShuPeng GUO LiLi HU LieQun 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第7期1191-1197,共7页
Based on the optimal estimation method, a satellite XCO2 retrieval algorithm was constructed by combining LBLRTM with VLIDORT. One-year GOSAT/TANSO observations over four TCCON stations were tested by our algorithm, a... Based on the optimal estimation method, a satellite XCO2 retrieval algorithm was constructed by combining LBLRTM with VLIDORT. One-year GOSAT/TANSO observations over four TCCON stations were tested by our algorithm, and retrieval results were compared with GOSAT L2 B products and ground-based FTS measurements. Meanwhile, the influence of CO2 line mixing effect on retrieval was estimated, and the research showed that neglecting CO2 line mixing effect could result in approximately 0.25% XCO2 underestimation. The accuracy of XCO2 retrievals was similar to GOSAT L2 B products at cloud-free footprints with aerosol optical depth less than 0.3, and 1% accuracy of XCO2 retrievals can be reached based on the validation result with TCCON measurements. 展开更多
关键词 carbon dioxide retrieval experiments satellite high-spectral remote sensing ground-based validation
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