地基微波辐射计探测质量综合分析

利用2018年7月至2019年7月上海宝山站地基微波辐射计亮温数据和探空资料,评估微波辐射计的探测质量,并讨论定标、天线罩性能等对探测质量的影响。结果表明:晴空条件下,微波辐射计实测亮温与模拟亮温一致性高,所有通道相关系数均超过0.96,均方根误差为0.15~2.68 K,其中氧气通道的探测准确性高于水汽通道。各通道偏差主要包括随机偏差、系统性偏差和季节性偏差三类,液氮定标能明显减少大部分水汽通道的系统性偏差,但对氧气通道的影响相对较小。更换新型材质天线罩有助于明显降低降水天气各通道的亮温偏差,明显缩短受降水影响后的亮温恢复时长,效果维持4个月左右。

基于机器学习的偏振遥感云检测优化算法

偏振遥感经验阈值云检测算法受主观因素影响较强,极易在亮地表上空出现云检测不准确的问题。针对该问题,本文提出了一种主动和被动遥感卫星相结合的机器学习云检测算法。该算法基于POLDER3载荷多通道多角度偏振特性以及CALIOP载荷高精度云垂直特性展开研究,利用POLDER3载荷和CALIOP载荷观测重合区域数据,搭建了粒子群算法优化的BP神经网络训练云检测模型。基于该云检测训练模型,利用POLDER3一级数据开展云检测试验,试验显示该算法云检测结果与MODIS云检测产品一致性为92.46%,高于POLDER3官方云检测产品与MODIS云检测产品的一致性83.13%。通过对比本文算法试验结果与POLDER3官方云检测产品不同的像元的光学特性发现,相比POLDER3官方算法,本算法对于亮地表上空薄云具有更强的敏感性,能更有效地进行云检测。

地基双波段测云系统及其对比试验

针对地基测云系统中云在可见光波段与红外波段中表现出的不同特性,用双站数字式云高仪所测云高进行标校,结合地面实时观测天顶红外辐射亮温及地面环境参数,分析地面到云层底大气对红外辐射亮温的影响,从中发现利用天空红外辐射亮温来遥感云底高度的可行性,研发地基双波段测云系统。该系统以对流层大气的垂直温度递减率为理论基础,建立云层底到地面的温度递减梯度参数K,根据递减梯度参数反演天顶方向的云高。该算法不依赖于探空数据,通过实时定标形式得出符合仪器所在地的云底高反演公式。通过与维萨拉激光云高仪CL31进行数据对比分析得出,地基双波段测云系统反演结果具有较高的准确性。

地基热红外亮温遥感云底高度可行性的模拟研究

本文利用Modtran4.0模式比较系统地研究了不同强度(以地面能见度表示)和不同类型气溶胶情况下,晴空和各种云所形成的天空红外亮温Tb(InfraredBrightnessTemperature)随地面观测天顶角的变化,从中发现利用Tb观测来遥感云底高度CBH(CloudBaseHeight)的可行性,以及定量分析气溶胶层的影响.并且根据模拟计算结果,推出了由地面温度和湿度来计算晴天和不同CBH的中低云天天顶Tb的统计算式,以及由观测Tb和地表温、湿值反演CBH的方法.从模式计算和试验的初步结果可以看出:对于低云和中云,地基观测的Tb对CBH的变化有相当的敏感性,因此可以用于CBH的反演.地面气溶胶(能见度和气溶胶类型)对天空背景Tb有明显的影响,必须加以订正.但由于其影响对不同天顶角的贡献有一定的规律性,因此有可能得到较好的订正.

哈尔滨市热岛效应与植被的关系——基于RS和GIS的定量研究

利用遥感和地理信息系统技术对Landsat ETM+热红外遥感数据进行处理,反演和计算了哈尔滨城区的地面亮温和植被指数。通过剖面分析,研究了城区温度场的空间格局与植被盖度的关系;通过多元回归分析,揭示了城区热岛效应同多个指数的相关关系。结果表明:市内的道外区是热岛效应的主要分布区,道里区、香坊区的情况也比较严重;铁路沿线区域是城区主要的热岛效应地带;植被盖度和地面亮温呈反相关关系;植被和水体区域可以缓解城市的热岛效应。通过对市区热岛效应分析,可以监测城市化进程,为城市热环境质量评价和热源调查提供准确、丰富的信息。

基于RS与GIS的哈尔滨城市热岛效应动态变化分析

本文利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术对哈尔滨市不同年代时相的LandsatTM/ETM+热红外遥感数据进行地面亮温反演、正规化和等级划分等处理,研究城市热岛的时空变化和温度场空间分布规律,进而揭示城市热岛效应的分布范围和发展趋势.结果表明:道外区和铁路沿线区域是热岛效应的主要分布地带;地面亮温等级分布图表明,市区地面亮温发生以下转变:特高温-高温-中温,热岛效应区域由集中走向分散,且有所缓解;植被和水体区域的地表亮温较低,其边缘亮温更低.对市区热岛效应的动态分析,可为监测城市化进程和城区的扩展以及城市热环境质量评价和地面热源调查提供准确、丰富的信息.

基于遥感影像的哈尔滨市城市热环境变化

以Landsat TM/ETM+为基本数据源,利用遥感和GIS技术定量反演了哈尔滨市1989和2000年的地面亮温和植被指数(NDVI),对标准化地面亮温分级数据进行热力景观指数计算,研究城市热场分布的空间格局、时空变化规律和不同植被指数(NDVI)等级下热环境的变化特征。结果表明:1989和2000年哈尔滨市建成区均存在显著的热岛效应,2000年建成区热岛效应增强,哈尔滨市总体地面亮温升高;热力景观日趋破碎,各景观类型受干扰程度较大,处于很不稳定的状态。NDVI与地面亮温的负相关性随着植被覆盖度的升高而增大;植被覆盖度与地面亮温的空间变异呈负相关。

城市白天地面亮温与下垫面类型关系的遥感分析——以上海为例

城市生态环境建设、减缓热岛效应是当前我国城市发展的一个热点问题.为了避免相关规划决策的盲目性,需要就城市下垫面类型对城市地面热分布的影响进行客观的分析研究,提供科学依据.本文以上海为例,利用不同季节白天Landsat ETM+遥感资料为信息源,在地面亮温反演、彩色合成和下垫面分类结果的基础上,就城市地面亮温与下垫面类型关系,从定性和定量两个层次上,进行了较为全面的对比分析.结果表明:城市地面亮温与下垫面类型密切相关,在白天,如果以新村、花园小区或自然村落组成的居住区地面亮温为基准,水体在夏季和冬季均起降温作用;土壤与植被在夏季有降温作用,但在冬季有明显的增温作用;其它城建设施在夏季和冬季均起增温作用.本文建立的模型可以为城市生态环境规划、热岛效应预测等工作服务.

基于遥感和GIS的哈尔滨城区热岛效应研究

本文利用遥感和GIS技术对LandsatETM+热红外遥感数据进行处理,反演市区的地面亮温,并进行正规化处理和等级划分,研究城市热岛的时空变化规律和温度场的空间分布规律,揭示城市热岛效应空间格局。通过对哈尔滨市区热岛效应分析,可以确定城区内热岛效应的分布及监测城市化进程,为城市热环境质量评价和热源调查提供准确、丰富的信息。

基于ASTER影像的乌鲁木齐城区热岛空间格局研究

以乌鲁木齐市区为研究对象,利用ASTER热红外波段计算模式,根据热红外图像的亮度值反演出乌鲁木齐市2005年8月的地面亮温,揭示城市热岛效应空间格局。通过对乌鲁木齐市区热岛效应分析,城区温度明显高于北部郊区,地面亮温的最高值集中于环河滩路及铁路沿线、城区北部、西部及南部工矿用地区域,而亮温的最低值主要集中在水域、城市绿地、林地及北部郊区农田等区域。

不同地形条件地面同步光谱定标场对比研究

利用美国ASD公司的FieldSpec Pro FR地面波谱仪,选择5°视场角探头和135cm探头距测试地物高度,开展0°、5°、10°、15°、20°等五种不同地形坡度明、暗地物自然定标场地面波谱测试。通过对比研究不同地形坡度具代表性、能真实反映被测试目标平均自然性的各波谱测试点波谱曲线特征,得出0°、5°地形坡度获取的波谱曲线连续、平滑,信噪比高,没有混入大气水气吸收、仪器噪声等因素导致的剧烈波动、跳跃现象或尖锐锯齿状噪声,波谱特征明显,吸收峰最小值位置清晰可辨,各波谱测试点波谱曲线变化幅度小,整体反射率值变化小,Fe^(2+)、Fe^(3+)、Al-OH、Mg-OH、CO_3^(2-)等分子基团与离子波谱的诊断性波谱特征位置清晰可辨。因此0°和5°坡度地形条件获取的地面同步自然场光谱定标波谱曲线,可以满足航空高光谱遥感数据的大气校正、光谱重建和空、地回归分析等所需的地面波谱数据要求。

微波辐射计亮温观测质量控制研究

针对武汉MP-3000A型微波辐射计,将无线电探空资料代入辐射传输模式(MWCLD),计算出该辐射计各通道的亮温,再与实际观测的亮温值进行对比,通过个例分析该辐射计观测值与计算值的一致性并判断各通道观测值的合理性。分析结果表明:模式计算值与观测值之间有很好的一致性,并且经过偏差订正或线性订正后的数据,可用于检查辐射计在各个通道的运行状态,从而建立有效的针对地基微波辐射计资料的质量控制方案。

一次冷涡天气系统中雹暴过程的地闪特征分析

利用地面雷电定位系统、多普勒雷达和卫星观测资料,对2002年6月1日山东地区冷涡天气系统下的3个雹暴过程的地闪特征进行了详细分析,结果表明,在同样的天气条件下,产生冰雹的3个强雷暴在不同的发展阶段表现出明显不同的地闪分布特征。通过云图和地闪资料的综合分析发现,地闪主要出现在云顶亮温低于-50℃的云区内,其中负地闪分布比较集中,且偏向云顶亮温水平梯度大的一边,而正地闪则分布比较分散。地闪主要发生在大于40 dBz的区域内,负地闪通常簇集在强回波区(大于50 dBz)或邻近区域,有时密集的正地闪也出现在强回波区或临近区域,但稀疏的正地闪通常发生在强回波外围10-30 dBz的范围内,属于稳定性降水区。结合地面降雹观测资料发现降雹发生在正地闪比较活跃的阶段,正地闪频数峰值略微超前降雹时刻。比较密集的正地闪发生,通常预示着强对流天气(如冰雹、大风等)的发生。强雷暴在发展旺盛阶段通常表现的低地闪频数,可能是由“电荷抬升机制”造成的。

地基微波辐射计资料在对流云降水前的变化特征初探

基于RPG-HATRPO-G3 14通道地基微波辐射计观测的大气亮温和反演的不稳定性指数K指数(KI)、抬升指数(LI)、沙瓦特指数(SI)、总指数(TTI)和对流有效位能(CAPE)产品,分析其在2015-2016年9次对流云降水前的变化特征,并与非降水日中的变化进行对比。结果表明,非降水日四季22 GHz亮温、58 GHz亮温及大气不稳定度指数均存在一定的日变化,且22 GHz亮温的日变化较明显;5种不稳定性指数夏、秋季的日变化差略大于冬、春季。9次对流云降水开始前2 h,22 GHz亮温在降水开始前34 min出现持续上升,早于58 GHz亮温出现持续下降的时间,且变化更为剧烈,其数值、变化值均大于四季非降水日均值、日变化差,对对流云降水的开始指示性较好;对流云降水开始前40 min左右,出现KI和TTI数值持续上升、LI和SI持续下降的现象,均早于CAPE出现持续上升的时间,这对于对流性降水的发生有指示意义; 5种指数的数值大小可以为对流云降水开始阈值的建立提供参考。在临近降水的-10～0 min(负值表示降水开始前时刻),22 GHz亮温、KI、SI和CAPE出现时间变化率大值的比例比其他时段高,但22 GHz亮温同时出现负变化率大值的比例也比其他时段高; KI和SI时间变化率大值的比例比CAPE高,综合考虑二者在对流云降水前的平均值出现持续变化的时间较早,KI和SI对对流云降水的指示意义较好。

垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。

地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20～30 GHz亮温观测数据的影响，根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型，通过模拟计算给出辐射计20～30 GHz 波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应，提出针对工作环境温度变化影响的订正方案，并结合观测资料进行分析验证。结果表明：如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率ηe 较低，则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境（环境温度与辐射计定标时的情景差异）对K 波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明：订正效果明显，尤其是在28．0 GHz和30．0 GHz两通道。

增益色散和双光子吸收所支持的皮秒基孤子解

用行波方法给出了含有增益色散项和双光子吸收项的非线性Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程的皮秒严格亮基孤子解和严格暗基孤子解，以及严格暗基孤子解存在的条件；分别采用守恒量近似和Ｌａｇｒａｎｇｅ微扰近似，讨论了严格基孤子解存在所必需的参数条件不能严格满足时，参数偏离对准亮基孤子和准暗孤子传播的影响．讨论结果表明，既使是严格基孤子解的存在条件不能满足，在守恒量近似的意义上，皮秒亮光脉冲传播一段距离以后，仍能演化成稳定的亮基孤子；而暗基孤子的传播在微扰近似的意义上不受参数偏离的影响．

基于GIS的合肥市热环境动态变化研究

伴随城市化进程的不断加快,环境问题日益凸显,其中城市热岛效应尤为明显。利用遥感影像和G IS技术定量反演了2003年和2007年地面亮温以及植被指数NDVI,研究城市热场分布的空间格局以及时空变化规律。研究表明,2003年与2007年合肥市建成区均存在着显著的热岛效应,2个时相的热岛分布特征相似,2007年建成区热岛现象有减缓趋势,其中高温区与次高温区的面积都分别减少1.8和52.1 km2,较低温区面积增加了142.61 km2;2007年植被覆盖显著增加,高植被区面积(NDVI>0.4)比2003年增加了35.56 km2,无植被覆盖的面积较2003年减少了116.57 km2,地面亮温与植被覆盖存在着负相关。城市扩张,工业区建设是热岛效应的主要驱动力,加大绿化力度,增加植被覆盖是缓解热岛效应的最有效措施。

利用亮温资料建立降水临近预报方法的研究

通过对太湖地区2009年1-4月TP/WVP-3000型微波辐射计的亮温连续观测资料进行分析,建立降水临近预报方法.结果表明,降水开始前4h,微波辐射计有7个通道的1级亮温资料存在明显的增长趋势.利用降水个例与无降水个例亮温差值最大、降水个例与无降水个例亮温标准偏差差值最大两个标准,选择合适的通道进行降水临近预报.通过计算得到,第1通道的亮温差值最大,而第5、6通道的亮温标准偏差差值最大,因此可分别将第1、第5和第6通道的亮温观测值作为预报因子.根据判别分析方法,分别在降雨前15 min及前30～ 330 min（时间间隔为30 min）建立12个预报方程,并通过自身验证对每个时间点预报的准确率进行检验,最后选择降雨前90 min的判别方程用于预报,其预报准确率为87％,空报率为24％,漏报率为13％.

地基微波辐射计亮温观测数据的综合质量控制与效果分析

针对北京一地基微波辐射计,研究其Level-1级数据的质量控制方案,提出极值检查、时间一致性检查、辐射传输计算检查和多通道亮温交叉检查。并用实际亮温观测数据进行质量控制实验,分析其应用效果。研究结果表明了提出的综合质量控制方案的可行性,为本资料的后续应用提供选择依据。