基于FY-3D MERSIⅡ数据的辽宁省作物生长季日平均气温估算方法比较

作为反映气候特征的重要指标之一,日平均气温在农业气象灾害监测和气候变化研究等领域承担着至关重要的作用。与传统日平均气温的监测和估算方式相比,遥感技术具有全方位、宏观、动态等不可比拟的绝对优势,能够准确地描述日平均气温的空间异质性。为提高农业服务质量,保证农业健康、可持续发展,探索作物生长季日平均气温遥感反演方法,提高农业气象灾害监测精确度,以FY-3D MERSIⅡ遥感数据为基础,提取研究区日间地表温度(LST_(day))、夜间地表温度(LST_(night))、归一化植被指数(NDVI),同时还考虑了高程(DEM)、坡度(Slope)两个变量,结合气象站日平均气温数据,分别构建多元线性回归和随机森林日平均气温遥感反演模型,开展辽宁省2021年作物生长季(5—9月)日平均气温遥感监测的应用研究。结果表明:(1)基于多元线性回归模型反演的日平均气温均方根误差(RMSE)为1.71℃,平均绝对误差(MAE)为1.45℃;基于随机森林反演误差RMSE为1.17℃,MAE为0.96℃;整体上,随机森林的日平均气温反演结果更好,适用性更强。(2)实验当天和前1 d的降水总量对日平均气温的估算结果具有很大影响,降水量随时间的变化曲线与日平均气温的反演误差散点分布情况基本一致,呈现降水总量越大,日平均气温的反演误差越大的趋势,日平均气温反演结果受大气水汽含量的影响很大。(3)对输入的气温影响因子的重要性进行动态的统计分析,发现LST_(day)和DEM是日平均气温反演时两个最重要的变量,且LST_(day)对日平均气温反演的影响最为重要,但是随着作物的生长,DEM的重要性也越来越凸显。

基于FLAASH模型的FY-3A/MERSI数据大气校正研究

在星载传感器成像获取地表信息过程中,常常会受大气影响而引起影像失真,导致地表真实信息不能被准确表达,对遥感影像进行大气校正可消弱这种影响。本文以粮食主产区——河南省为研究区域,采用FLAASH模型对晴空天气下FY-3A/MERSI数据(分辨率为1km)进行大气校正。结果表明,大气校正后:(1)短波红外反射率总体变化不大(+4.1%),第6波段反射率以减小为主(-1.5%),第7波段反射率为增加(+9.6%);(2)在可见光各波段,反射率普遍降低,各波段变化均值为-82.7%。其中,红光反射率变化最小(第13、14波段分别变化了-23%和-19%,平均为-21%),绿光反射率变化稍大(第11、12波段分别变化了-75%和-50%,平均为-63%),蓝光反射率变化最大(第8～10波段分别变化了-196%、-122%和-94%,平均为-137%)。而且大气校正后,可见光波段的反射率变幅普遍增大,不同地物在可见光波段的对比度也增加。(3)近红外各波段反射率平均增加了46.2%。除第19波段反射率减小(-54%)外,其余各波段反射率均有不同程度的增加。第15～18和第20波段反射率分别增加了28%、4%、41%、252%和6%。(4)NDVI指数平均增大了35%,植被信息凸显;NDWI指数变化不大,仅减小了8.7%。

FY-3A/MERSI数据在典型大城市热环境监测预报中的应用——以上海市为例

以上海市为例,探索中国新型自主的FY-3A/MERSI数据在典型大城市热环境研究中的应用模式,包括实时监测与同化数值预报两个方面。结果表明:FY-3A/MERSI反演的250 m地表温度及其他衍生指标能够客观呈现城市热场格局及热岛效应,精细揭示出上海市区—近郊—远郊的地温明显分异,热岛由中心城区呈放射性面状过渡到远郊以乡镇为中心的团块状,其形成与下垫面介质关系密切。同化FY-3A/MERSI数据产品的中尺度数值模式,耦合城市冠层参数化方案,可实现250 m格网0～48 h城市近地层气温空间精细化预报,提取1 h间隔的热环境日演变特征将有助于在不同天气形式下进行热环境灾害潜式预报及机理分析。预报结果在时空分辨率方面明显优于常规数值预报,并避免了卫星云污染的影响,说明FY-3A卫星探测资料能有效改善模式背景场与初始场。

利用MATLAB实现FY-3/MERSI地表温度反演及专题制图

我国新型自主研发的风云三号卫星MERSI(FY-3/MERSI)数据目前多见于试验研究,国家卫星气象中心(NSMC)发布的业务产品中尚缺乏地表温度(land surface temperature,LST)产品。为此,在分析FY-3/MERSI L1级数据HDF5格式及通道特点的基础上,采用Jiménez-Mun～oz和Sobrino普适性单通道地表温度反演算法,借助MATLAB编程,实现了直接利用MERSI数据进行250 m空间分辨率的LST反演与专题制图。详细介绍了LST反演算法的参数化流程,包括辐射定标、云检测处理以及地表比辐射率和大气水汽含量的估计等,并在反演LST的基础上,计算其他衍生指标,建立了FY-3/MERSI数据反演LST及制图流程。对上海市空间热环境监测分析的实验结果表明:该方法能根据设定范围对FY-3/MERSI L1数据进行快速、实时和自动处理,适用于业务化产品制作与共享,节省人力资源;形式丰富的MERSI专题制图产品可更直观、精细地揭示出上海城市热场空间格局与热岛效应特征。

用FY-3A MERSI进行青岛海域浒苔监测

在2008奥运会举办前期(2008年6月25日～7月15日),基于NDVI植被指数方法对青岛及其临近海域发生的超大规模浒苔灾害,利用FY-3A MERSI 250m数据进行了监测跟踪与分析,结果显示:监测初期,浒苔在大范围海域广泛分布(面积约为527.68km2),特别是奥帆赛区附近有大密集度浒苔聚集;监测末期,奥帆赛区和其他近岸水域基本没有发现浒苔,表明近岸浒苔得到有效控制。卫星数据回溯表明,此次浒苔灾害最早于5月初在黄海中部少量出现,5月底在黄海中部形成大面积覆盖,受风力和海流影响,逐步向青岛飘移并堆积。浒苔极强的环境适应力和繁殖力,以及由于海温升高和近海"春季环流"形成的适宜条件,是浒苔大面积发生的重要原因;南方强降雨可能造成了广泛分布于江苏、浙江、福建等海域的浒苔的异地漂移,成为如此大规模浒苔的来源之一。

基于FY-3A/MERSI的2013年夏秋间松花江和黑龙江干流洪水遥感监测分析

介绍了FY-3A/MERSI数据的基本情况,以及FY-3A/MERSI在晴空和薄云下水体的有效识别方法—(Rc2+Rg2)/(Rc1+Rg1)方案,并将之应用于2013年松花江(黑龙江省境内)和黑龙江流域的洪水水情监测。选取洪水前期、洪水高峰期、洪水下降期和洪水结束期4个时相的FY-3A/MERSI数据监测洪水水情变化,并进行水体识别及对比分析;同时,结合GIS技术按县市提取并统计洪水面积。结果表明,基于FY-3A/MERSI数据和GIS技术,能及时、准确地监测洪水水情变化。相关研究成果已在ARCGIS中建成模型,可为洪水监测业务服务。

基于FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的单波段反射率和NDVI差异性分析

为了实现FY-3A/MERSI数据产品与Terra/MODIS数据产品的衔接,利用统计方法,对FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的红光、近红外波段反射率和NDVI的相关性进行了分析。结果表明:FY-3A/MERSI和Terra/MODIS数据中红光、近红外波段反射率和NDVI值具有极显著的相关性,相关系数均超过0.93;在不同的土地覆盖类型中,FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的单波段反射率和NDVI值不同,但FY-3A/MERSI计算的NDVI值均小于Terra/MODIS计算的NDVI值,并且NDVI平均值的日变化大于红光和近红外波段反射率平均值的日变化。

FY-3A/MERSI与MODIS的温度植被干旱指数反演及对比分析

为了探讨近年来被广泛使用的MODIS数据以及我国的FY-3A/MERSI数据对同一地区同一时刻的旱情所得的温度植被指数的差异以及可比性,选择我国四川省旱灾频发的攀西地区为研究区,分别反演MODIS-TVDI和MERSI-TVDI,并探讨两者监测结果的特点以及可比性。结果发现:(1)MERSI数据的干湿边线性拟合系数要高于MODIS数据。(2)MODIS-TVDI与MERSI-TVDI的差值变化范围在-0.12到0.23,差值均值为0.11,MODIS数据的监测结果比MERSI数据的监测结果略大。(3)MODIS-TVDI与MERSI-TVDI在各类地物的反演结果上都具有较高的一致性,其中林地R2最高为0.944。(4)MODIS-TVDI、MERSI-TVDI与当前月份降雨量存在显著负相关,其线性相关系数分别为-0.83,-0.91,两者干旱监测结果是可信的。

FY-3C/MERSI与MODIS的多波段干旱指数反演及对比分析

以陕西省为研究区,选取2014年代表旱情发展过程的5、7和8月份的FY-3C/MERSI数据及与其同期的MODIS反射率产品和陆表温度数据,构建多波段干旱指数(MBDI),比较两种数据MBDI结果的空间相关性,结合研究区土壤相对湿度数据对MBDI进行相关性分析,比较MBDI监测结果的空间分布特征及不同干旱程度下像元数的变化趋势。结果表明:(1)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI呈显著正相关,R2达0.7以上,通过0.001水平显著性检验;(2)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI与10 cm土壤相对湿度均通过0.05水平显著性检验,MERSI-MBDI与土壤相对湿度具有更好的相关性,通过了0.01水平显著性检验;(3)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI旱情监测结果在空间上具有良好的一致性,并与研究区实际情况相符,且不同干旱程度下像元数的变化趋势也十分一致。研究表明,通过与MODIS数据对比,MERSI数据可以很好的进行陕西省旱情变化监测。

FY-3A/MERSI数据在山东省农田干旱监测中的应用

干旱是影响社会发展和农业生产的主要气象灾害之一。利用中国新一代极轨气象卫星FY-3A上搭载的250 m中分辨率光谱成像仪（MERSI）数据，基于垂直干旱指数（PDI），结合山东省旱情统计数据，建立了适合山东省的PDI干旱指数分级标准，在此基础上对山东省2010～2011年秋冬季的干旱状况进行了监测，并将监测结果与同期的降水、温度和干旱监测资料以及19个国家级农气站的土壤相对湿度资料进行对比分析。结果表明：基于FY-3A/MERSI 250 m分辨率卫星资料计算的PDI能够客观反映山东省旱情的空间分布和动态发展过程。PDI与对应实地观测的10 cm、20 cm土壤相对湿度之间有较好的负相关性，且20 cm的土壤相对湿度较10 cm的土壤相对湿度与PDI的相关关系更稳定。因此，利用FY-3A/MERSI卫星资料监测山东省干旱状况具有可行性，适于在干旱监测业务中推广应用。

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。

FY-3A/MERSI积雪制图中NDSI指标建立及积雪判识模型研究——以祁连山区为例

我国新型自主的极轨气象卫星风云3号A星(简称FY-3A)上搭载的中分辨率光谱成像仪(MERSI)为大面积雪监测提供了新的遥感数据源。以中国西北祁连山区为例,分析FY-3A/MERSI传感器积雪与其它地物的图谱特征差异,建立了适用于FY-3A/MERSI的归一化差分积雪指数(NDSI),以此为基础,构建了综合利用多光谱判别指标及土地覆盖类型(LULC)定类辅助的积雪判识模型,生成250 m分辨率的日积雪制图产品。模型通过逐步逼近的树状判别结构,去除了易和积雪混淆的部分乔木林、云、云阴影、水体、湖冰、沙(盐)地等地物,并提出应考虑积雪下覆地表特性的影响,调整设定不同LULC类型的积雪判别阈值约束,实时结合区域LULC影像进行积雪的最终判定与优化。对祁连山区2010-2011年积雪季FY-3A/MERSI影像的积雪制图应用结果表明,该资料能够客观精细地反映积雪的空间分布与动态发展过程。同时利用气象台站积雪观测记录及Terra/MODIS积雪判识结果进行对比验证,结果表明基于FY-3A/MERSI建立的积雪判识模型具有较高的精度和稳定性,特别是提高了云雪区分的效能。

FY-3A/MERSI海色产品的真实性检验

FY-3A／MERSI是我国自主研发的第二代极轨气象卫星FY-3A搭载的中分辨率光谱成像仪，其海洋水色产品可为全球海洋生态环境的研究提供基础资料。以美国东北部海域为研究区，利用NASA海洋生物学处理小组（OBPG）海洋生物光学数据库（SeaBASS）的现场观测资料，以及TERRA／MODIS海洋水色产品数据，分别对FY-3A／MERSI海色产品的遥感反射率、色素浓度和有色可溶性有机物（CDOM）443nm吸收系数进行了真实性检验。结果表明：MERSI443—685nm6个通道的遥感反射率总体偏高、精度较低，叶绿素-a浓度与现场实测值和MODIS叶绿素．a浓度相比精度较低，总色素浓度与现场实测值相比精度也很低，而CDOM产品的精度稍好。要提高MERSI海色产品的精度，首先要加强图像大气校正的研究，在此基础上，进一步开展各要素遥感反演算法的研究。

不同季节下FY-3B/MERSI数据大气校正前后对比

应用FLAASH模型对FY-3B/MERSI数据进行大气校正,并从大气校正前后反射率变化、NDVI和EVI变化及其与MODIS地表反射率产品比较等4方面对校正效果进行讨论分析,以期提供一种行之有效的FY-3B/MERSI数据大气校正方法。结果表明:(1)校正后削弱了大气分子与气溶胶在可见光波段的散射影响,且各通道反射率区间变宽;(2)除红光波段外,可见光其余波段各通道大气校正后的反射率均有所减小,且秋、冬季比春、夏季影像反射率减小幅度更大;对于近红外波段,除秋、冬季第16通道外,大气校正后的反射率均有所增加;(3)与MODIS地表反射率产品相比较,FY-3B/MERSI校正后的反射率与MYD09GA产品的误差均小于校正前,校正后的植被和居民地2种地物的反射率比校正前更具有较好的一致性;(4)校正后,植被与居民地的NDVI和EVI均有所增大,且NDVI较EVI增加的幅度大,同时校正前后两者的NDVI、EVI差值均增大,表明FY-3B/MERSI影像经大气校正后更有利于植被与非植被信息的区分。

FY-3A/MERSI数据在重庆市伏旱监测中的应用

利用FY-3A/MERSI数据基于植被供水指数法(VSWI)对2010年夏季重庆地区干旱进行监测,并结合综合干旱指数CI,建立了新的拟合干旱指数(VSWIC)。反演结果与全市同期170个土壤墒情监测站的土壤湿度资料进行了对比。结果表明:FY-3A/MERSI卫星资料能够客观反映重庆地区旱情的空间分布和动态发展过程,植被供水指数和对应实地观测的10、20 cm土壤持水百分含量之间有较好的负相关关系,其中VSWI和10 cm深度处的土壤持水百分含量之间的相关关系更为稳定。利用FY-3A卫星资料进行重庆地区干旱监测是可行的。

基于多时相FY-3A/MERSI的新疆地区植被指数提取及变化分析

近年来,我国遥感卫星技术发展迅速,新一代极轨气象卫星风云三号(FY3)上携带的分辨率光谱成像仪(MERSI)已获取大量对地观测资料,在大尺度遥感监测等方面显示出较高的实用价值。为了实现自动批量处理FY-3A/MERSI影像数据,提取新疆范围植被指数特征,为今后新疆植被类型制图方法研究做准备,对MERSI数据经过预处理、投影变换等处理,提取植被指数特征数据,按旬生成最大植被指数时间序列影像;并对生成的归一化植被指数(NDVI)结果进行分析,其结果可为今后按MERSI NDVI时间序列影像进行新疆植被类型分布研究、监测植被长势的应用等后续工作做准备。

基于FY-3/MERSI数据的北冰洋流冰自动提取与跟踪方法

北冰洋航路是未来全球航运的重点开拓领域,海冰运动对北冰洋航路开发有重要影响。本文利用风云三号卫星中分辨率光谱成像仪(FY-3/MERSI)数据的特点和优势,研究北冰洋流冰自动提取和运动跟踪的方法。首先在分析流冰灰度分布特征的基础上,提出分区域阈值分割与梯度差分相结合的方法实现块状流冰提取,然后根据块状流冰的多种几何特征匹配同名流冰并计算其运动速度。应用这种方法跟踪2011年6月弗雷姆海峡流冰运动,跟踪结果与美国国家冰雪数据中心提供的极地网格化日均海冰运动矢量整体趋势一致,验证了方法的有效性。这种方法获取各块流冰实际运动速度,可以有效弥补网格化海冰运动平均速度场分布和细节的不足,为北冰洋航路开发提供更详细的流冰运动信息。

基于FY-3A/MERSI数据和支持向量机的太湖水体悬浮物浓度遥感模型

以太湖为研究区,基于2009年4月(春季)和2012年8月(夏季)现场观测的总悬浮物质量浓度数据,以及同步过境的两期FY-3A/MERSI卫星影像,采用支持向量机方法构建了悬浮物浓度遥感模型.结果表明:经粒子群PSO算法优化支持向量机参数,选择径向基函数为核函数,以FY-3A/MERSI各波段遥感反射率及其波段组合,即B565,B650,B685,B765,B865和(B865+B650)/(B650/B865)共6组特征数据作为输入参数,所建立的两个季节的悬浮物质量浓度遥感模型决定系数分别为0.89和0.78,均方误差为0.018 5和0.106 1,为最优的水体悬浮物浓度SVM反演模型.

基于棉田光谱的FY-3A/MERSI与MODIS植被指数关系研究

对同一区域不同时次的FY-3A/MERSI与MODIS的归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI)进行了计算,并针对地面光谱和影像数据方面进行了分析。结果表明,FY-3A/MERSI比MODIS数据更敏感,但受大气辐射传输影响也更突出,卫星入瞳处的反射率与地面实测资料相比,MERSI比MODIS变化大。FY-3A/MERSI与MODIS植被指数具有很好的相关性,遥感影像植被指数相关系数为0.98(NDVI)和0.96(RVI),地面光谱产生的植被指数(NDVI和RVI)相关性则达到0.99。

FY-3C/MERSI云检测算法研究

作为风云系列卫星的新数据源,风云三号C星(FY-3C)的中分辨率光谱成像仪(MERSI)数据目前多见于试验性研究,国家卫星气象中心(NSMC)发布的业务产品中尚未包含云检测的相关产品。基于FY-3C/MERSI可见光和短波红外通道的光谱特性,提取云检测标准,构建云检测算法。算法处理流程为首先从FY-3C/MERSI一级数据产品中(MERSI Level 1B)提取和云相关的通道数据,然后经过定标处理转换成云检测标准所需的各个可见光通道的反射率,最后根据云检测标准识别图像中的云像素信息,为后续大气反演和地表参数反演提供可靠的数据。