“京师一号”极地小卫星宽幅影像辐射校正方法研究

“京师一号”小卫星是中国自主研制的首颗民用极地光学卫星,搭载有中高分辨率的多光谱宽幅相机,兼顾重访周期和空间分辨率,具有高覆盖、中高分辨率的优势,对极地变化监测研究具有重大意义;但其0级数据的条带噪声掩盖图像的地物特征,无法反映地物的真实辐射特性,严重影响了数据应用.为此,本文提出了一种基于统计学原理,针对宽幅影像去除条带的方法.实验结果表明,相较于原始数据,该方法较能稳健地去除数据中的条带噪声,还原地表真实辐射信息,提升了“京师一号”宽幅相机多光谱数据的应用价值.

基于遥感的2015—2020年环南极冰山空间分布研究

冰山是因冰架各部分运动速度不均,裂隙生长后贯穿冰架发生崩解而产生的大块淡水冰。作为南大洋中重要的移动淡水源,冰山的运动和融化可以释放淡水并将其扩散至远离南极大陆的其他海域,因此,研究冰山的时空分布和面积分布提取可为研究南大洋的水文、生态乃至全球气候变化产生的影响提供数据基础,具有重要意义。本文采用卫星合成孔径雷达观测数据开展南极冰山追踪研究。基于Google Earth Engine遥感大数据平台,合成了2015年8月—2020年8月欧空局Sentinel-1 SAR传感器影像数据集,经过分块重采样、下载拼接等步骤,获得冬季3天内环南极400 km影像镶嵌图;应用栅格分析功能得到研究期的二值化影像,使用数据转换和几何计算等功能提取了单个冰山的面积、周长。结果表明,南极冰山大量聚集于海岸线50 km以内区域,其中超小型冰山数量占比接近于50%,小型冰山可能在南极淡水输入中扮演了举足轻重的角色。

无人机在南极科学研究的应用:进展与展望

无人机作为一种新兴的低空遥感平台,具有多种类型的平台和载荷。尽管南极的自然条件严酷,无人机的应用范围仍涵盖了南极基础和应用科学的诸多领域。首先,论述了南极的环境条件对操作无人机的特殊影响,包括气象、电磁场、光照等因素。然后,对目前无人机在南极考察与科学应用中的研究现状做了系统的检索,在收集到的104篇全部相关资料中,梳理了发表时间、主流的期刊、研究区、国家与研究机构等内容,分7个主要应用领域综述了代表性文献,具体包括航空、大气、海冰与冰山、冰川、地貌与地磁、生态-植被、生态-动物,并全面回顾了中国南极科学考察中的无人机发展历程和重点成果。最后,总结南极无人机应用领域研究的不足之处,并阐明了未来发展趋势和建议。

基于Landsat数据的1975—2015年中国海岸线时空变化分析（英文）

海岸线是表征陆地和海洋边界的最重要的地理要素,具有独特的地理、形态和动力学特征,海岸带是人类经济活动最活跃和集中的区域之一.在经济发展进程的影响之下,中国海岸线发生了巨大的变化.本研究基于Landsat遥感影像数据,采用改进的归一化差异水体指数,提取了1975—2015年共5期中国海岸线长度及海岸带面积的时空变化信息.结果显示,1975、1990、2000、2010、2015年期中国海岸线的长度分别为15 945.7、17 045.8、17 234.2、17 377.7以及17 364.9km,各期海岸带面积相较于上一期分别增加了4 336.5、1 510.4、3 447.2、3 100.4km2.总体来说,中国海岸线呈现出人工岸线取代自然岸线的趋势.该研究结果可以为沿海区域的资源管理以及海岸规划提供参考.

南极和格陵兰冰盖物质平衡研究进展

冰盖物质平衡状态对全球海平面具有重大影响,是预测海平面上升的最大不确定性来源。近20年来随着卫星遥感技术的快速发展,冰盖物质平衡研究取得巨大进展。研究系统介绍了近20年来冰盖物质平衡估算方法以及相应卫星数据的发展,归纳和总结了国内外利用测高法、重力测量法、通量法和融合法进行南极和格陵兰冰盖物质平衡评估的结果,详细分析了每种方法的不确定性和误差来源,为未来冰盖物质平衡研究提供参考。冰盖物质平衡仍将是全球变化研究未来的重点,提升卫星性能以降低观测数据的不确定性,创新估算方法以降低估算结果的不确定性,加强地面观测验证是研究热点。

格陵兰努普·康格鲁阿峡湾叶绿素a浓度时空变化分析

努普·康格鲁阿(Nuup Kangerlua)峡湾的叶绿素a(Chl a)浓度的时空分布对于气候变化有一定的指示作用。基于此,结合通过C2RCC算法对Sentinel-3 OLCI反演得到的Chl a数据、OSTIA海表面温度(SST)数据以及Nuuk气象站数据,对2016—2020年该区域的Chl a浓度分布进行时空分析。结果表明,在峡湾入口端,Chl a的分布主要受风力和海温的影响,在9月风力最强盛时达到最大;而在冰川出水口端,除风力和水温外,在冰川融水的作用下,浮游植物在春季爆发后,还伴随有秋季二次爆发。

叶面积指数遥感反演研究进展与展望

叶面积指数表征叶片的疏密程度和冠层结构特征,体现植被光合、呼吸和蒸腾作用等生物物理过程的能力,是描述土壤-植被-大气之间物质和能量交换的关键参数。目前多种卫星传感器观测生成了多个区域和全球的叶面积指数标准产品。本文综述了基于光学遥感数据的叶面积指数反演进展:首先,介绍了叶面积指数的定义和在生态系统模拟中的作用;然后,阐述了基于光学遥感反演叶面积指数的基本原理;在此基础上,论述了基于植被指数经验关系和基于物理模型的两种主要遥感反演算法,讨论了2种算法的优点和存在的问题,并总结了现有的主要全球数据产品及其特点,论述了产品检验的方法和需要注意的问题;最后,总结了当前叶面积指数反演中存在的问题,并展望了其发展趋势和研究方向。

CMIP6冰盖模式比较计划(ISMIP)概况与评述

冰盖是大面积(超过50000 km^2)覆盖陆地表面的极厚冰体,在重力作用下的形变宏观上表现为由内陆向沿海流动[1],当前世界上仅存格陵兰和南极两大冰盖。广大的内陆区域冰雪终年不化,以极低的速率积累表面降雪继而密实化为冰川。受基岩性质和地热通量的影响,冰盖底部融化润滑在冰盖内部形成快速冰流通道。如果融水在下游积累到一定程度,则会进一步发育成为相互连通的冰下水文系统,并最终汇入海洋[2]。当固体冰川流向海洋时,受地形约束可能形成冰架,由冰水密度比值可知只有约1/10漂浮在海面以上,绝大部分冰架与海水直接接触。

基于SAR数据的南极冰山分布监测

随着全球气候变暖,冰架崩解事件的发生愈益频繁.冰架崩解产生的冰山是南极冰盖-冰架-海洋系统中活跃的组成部分,冰山的运动特征和时空分布对南大洋洋流循环、海洋生态以及水文系统有着非常重要的影响.因此利用卫星遥感监测冰山运动与变化信息,探究冰山崩解和消融过程,研究南极冰山分布,以及冰山和周围海洋环境之间的相互作用机制,是理解南极冰山变化与全球气候变化之间关系的关键.本文利用覆盖全南极海岸线的ENVISAT ASAR影像,基于简译软件的面向对象的多尺度图像分割算法实现了全南极近岸海域冰山对象的提取.利用2006年8月63期ENVISAT ASAR影像提取了32 267座面积大于0.06 km^2的冰山,统计了冰山空间分布特征,研究发现南极小型冰山在全南极淡水输入中扮演着重要的作用.

基于Landsat-8的南极蓝冰提取

蓝冰是南极特殊的地表特征,其低反照率影响着其所在区域乃至整个南极的能量平衡。蓝冰表面消融导致老旧冰层出露,使其成为研究古气候理想场地。此外,表面致密坚硬的蓝冰更是建立冰上机场的优选地址。本文提出了快速、有效、自动的蓝冰组合指数法,将蓝冰指数与阴影指数进行结合来提取南极蓝冰分布。更新的蓝冰数据为南极表面能量平衡变化研究、古气候学研究和蓝冰机场选址提供了新的数据基础。我们利用蓝冰组合指数法对2017—2019年的940景Landsat-8数据进行批量处理,获取南极82.5°S以北区域的蓝冰分布图,并用2014年MODIS雪粒径数据获取82.5°S以南的蓝冰分布进行补充得到全南极蓝冰分布。结果表明,基于Landsat-8的组合指数法南极蓝冰提取结果平均精度可达0.87,与前人结果具有很好的空间一致性。全南极蓝冰面积为1.7×10^(5)km^(2),91.4%的蓝冰分布在东南极。南极蓝冰主要分布在内陆冰原岛峰、山区的裸岩附近以及近海岸的内陆区域,其中,60.4%分布在距离海岸线200 km以内的区域。

基于多源数据集成的多分辨率全球地表覆盖制图

全球地表覆盖数据产品(如地表覆盖,植被连续场)最高空间分辨率已达到30 m.不同领域的用户对于这些产品的精度和空间分辨率有着不同的需求.基于此,本文从制图精度和空间分辨率两方面对现有的30 m地表覆盖数据进行改进和分析.首先通过将两套30 m全球地表覆盖产品(FROM-GLC、FROM-GLC-seg(Segmentation))与两套粗分辨率全球产品(基于夜间灯光数据的不透水层NL-ISA、MODIS城市产品MODIS-urban)进行集成,生成了30 m分辨率的地表覆盖新产品FROM-GLC-agg(Aggregation).随后,采用了分辨率低于30 m的数据集(如MODIS地表覆盖产品MCD12Q1,全球地表覆盖产品GlobCover2009,MODIS水体掩模产品MOD44W等)对FROM-GLC-agg进行后处理以进一步消除类别混淆.经过多源数据合成的新地表覆盖数据产品中来自30 m分辨率全球地表覆盖产品的象元仍占98.9%.在此基础上,通过众数聚合和比例聚合这两种升尺度方法生成了8套粗分辨率(250 m,500 m,1 km,5km,10 km,25 km,50 km和100 km)全球地表覆盖数据集来满足不同应用的需求.通过基于混淆矩阵的精度比较表明FROM-GLC-agg的总体精度为65.51%,该精度显著优于先前的两套30 m地表覆盖产品.多源数据合成后的30 m分辨率数据以及升尺度处理后的250 m,500 m,1km分辨率数据的最高总体精度分别为69.50%,76.65%,74.60%和73.47%.对采用众数聚合法得到的不同分辨率下地表覆盖类型的面积偏差分析显示,当分辨率超过5 km时,大部分植被类型会有至少5%的面积偏差.因此,对于需要使用粗分辨率地表覆盖数据作为输入的用户,建议使用包含了准确地表覆盖类型占比的比例聚合数据.

基于ICESat/CryoSat-2卫星测高及站点观测的纳木错湖水位趋势变化监测

全球气候变化对青藏高原的水循环和水资源产生重要的影响,高海拔内陆湖变化成为气候变化的重要指示器.近年来,卫星测高技术成为青藏高原湖泊动态变化的有力观测手段.目前,ICESat测高数据已广泛运用于湖泊水位变化监测,而该卫星仅能提供2003-2009年期间的测高数据.因此,2010年发射的高精度雷达高度计卫星如CryoSat-2成为青藏高原湖泊水位持续监测的潜在重要数据源.

基于长时间序列MODIS数据的鄱阳湖湖面面积变化分析

湖泊是气候、水和生物地球化学循环的关键组分,遥感观测有助于获得湖泊面积变化及对环境的响应信息。本文基于长时间序列遥感观测提出了一种利用像元水淹没/陆地出露比例的湖面变化分析算法,并应用于鄱阳湖的湖面提取及变化分析。首先,用全年遥感数据合成获得当年最大湖面;然后,在此最大湖面范围内,识别出每景数据的水体和陆地状态;最后,统计一定时期内每个像元的水淹没比例,并据此分析湖泊的年际和季节变化特征。该算法的最大优势是克服了云的干扰,以及湖面快速变化造成的年际变化对比分析困难问题。算法应用于2000-2010年MODIS观测,分析结果表明,本算法检测出的湖面面积与鄱阳湖水文站水位观测资料非常一致;算法可以获得鄱阳湖湖面面积的显著季节变化信息;2000-2010年间,鄱阳湖湖面面积在丰水期未发现有规律的变化;在枯水期,2003年后湖面面积急剧减小。

狂犬病时空传播模型研究进展

狂犬病是中国一个重要的公共卫生问题,造成了巨大的社会负担。为了能够制定出更好的防控措施,需要对狂犬病的时空分布动态做出分析、判断。本文综述了近年来空间分析和时空动态模型在研究狂犬病时空传播过程中的应用,介绍了狂犬病流行病学分析、时空分布状况、空间聚集性、空间自相关性和狂犬病动态传播模型的研究进展。

2019?nCoV:来自冠状病毒的新挑战

2019年岁末,在武汉暴发新型冠状病毒(2019 nCoV)引起的肺炎流行,给我国公共卫生和临床救治带来巨大挑战。2019 nCoV属于冠状病毒科β冠状病毒属,与严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS CoV)和中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS CoV)近缘,都会导致严重肺炎症状。该病毒经飞沫、接触等途径传播,潜伏期患者即具备传播性。目前数据表明:2019 nCoV比SARS CoV毒力弱,但传播力强;造成其能够跨种传播的受体可能与SARS CoV一致,都是血管紧张素转化酶Ⅱ(ACE2)。在此疾病暴发后,我国科技人员投入大量精力开展研究,快速开发出诊断试剂,初步确定了病原特性,并已筛选出可能抑制该病毒的临床药物,也正在加快研发疫苗。2019 nCoV的出现再次提醒我们建立系统的冠状病毒监测网络的重要性;也给突发疫情防控和应急科研提出了新挑战。

Landsat 8全色影像阴影的扁平冰山出水高度提取

冰山出水高度是测量冰山厚度进而估算冰山体积的一个重要几何参数,是定量评估冰山对海洋的淡水输入量的基础。冬季冰山在海冰上成影且阴影较长,本文提出利用阴影测高模型高精度测量冰山出水高度的方法。试验选择2016年8月29日、9月7日和9月16日中心太阳高度角分别为5.43°、7.49°和11.01°的3期Landsat 8全色15 m影像,以独立扁平冰山为例,自动提取冰山在海冰上的阴影长度计算冰山出水高度,并利用不同时相同名成影点进行交叉验证评估测量精度。结果显示:阴影长度测量误差优于1个像元,在太阳高度角低于11.01°时,全色15 m影像提取的冰山出水高度均方根误差(RMSE)低于2.0 m,平均绝对误差(MAE)低于1.5 m。由此表明:在冬季低太阳高度角下,Landsat 8全色15 m影像可用于高精度测量冰山出水高度,具有大范围测量南极冰山出水高度的潜力。

南极冰架月崩解数据集(2010-2019)

冰架崩解是南极冰盖-冰架系统物质损失的主要方式,也是精细评估冰架物质平衡的重要物理量。作者运用2010年8月至2019年8月间每月月初的多源遥感数据,包括2010年8月至2012年4月ENVISAT ASAR传感器WSM模式影像,2012年1月至2014年12月(极夜除外)Terra/AquaMODIS传感器7-2-1波段合成影像,2013年9月至2019年8月(极夜除外)Landsat-8OLI传感器2-3-4波段合成影像,2014年10月至2019年8月Sentinel-1SAR传感器EW模式影像,经过预处理、镶嵌得到月分辨率的环南极海岸线影像镶嵌图;结合南极冰架年崩解数据集(2005-2019),应用空间矢量编辑和分割功能逐月提取了2010年8月至2019年8月期间发生的月崩解事件,应用空间计算功能更新了单个崩解区的面积、尺度、崩解量,得到南极冰架月崩解数据集。该数据集包括13个月份区间(12个月份区间和一个2012-2014年度极夜区间)的南极冰架崩解分布数据,同时含有冰架崩解的年份、月份、崩解区长度、面积、平均厚度、崩解量、崩解周期、崩解类型等信息。该数据集以.shp格式存储,由104个数据文件组成,数据总量为4.3 MB(压缩为1个文件,1.6 MB)。