联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

利用2004-01—2010-12间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S～65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为(0.63±0.45)mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为(2.52±0.71)mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为(1.84±0.13)mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。

GRACE重力卫星探测南极冰盖质量平衡及其不确定性

2002年GRACE重力卫星的成功发射为南极冰盖质量平衡的研究提供了重力探测的新纪元.本文利用美国德克萨斯大学CSR公布的2003年1月到2013年12月期间的RL05版本GRACE月重力场数据,采用最优平均核函数法和组合滤波法两种GRACE后处理方法反演了南极冰盖质量的时空变化.结果表明:在2003—2013年期间南极冰盖物质平衡呈明显的负增长状态,质量变化趋势为-163±50Gt/a(GW13)、-129±41Gt/a(IJ05)、-81±27Gt/a(W12a),加速度为-8±10Gt/a2,质量消融的主要区域分布在西南极阿蒙森海岸和南极半岛的北部.另外本文还重点探讨了可能影响到估算结果的各项误差及不确定性,分析结果显示影响南极冰盖质量平衡估算结果的最大误差源为GIA改正.通过假设检验和信息准则对时间序列分析中拟合参数的合理选取进行了探讨和分析,在联合周年项、半年项和S2、K2、K1潮汐混频项进行拟合分析时发现K1项对拟合结果的加速度影响比其他周期项稍大,尽管考虑该项的合理性因当前GRACE数据时间序列长度有限而无法确切证实,但K1项的影响值得后续关注.对比两种GRACE后处理方法的结果发现:当采用的数据时间跨度一致,误差改正方法相同,两种相异的后处理方法,其估算结果也具有较好的一致性.

高亚洲冰川质量变化趋势的卫星重力探测

利用高亚洲地区32个Mascon,基于GRACE RL05时变重力场模型频域和空域上的两种计算方法有效分离并提取出高亚洲冰川及其毗邻地区的等效水质量变化,得到2002—2013年期间高亚洲地区更为可靠的Mascon质量变化.高亚洲冰川质量变化的空间特征是:青藏高原内陆地区以正增长为主,边缘地区以负增长为主,在藏东南的最边缘地区冰川质量损失最为严重.天山地区、帕米尔和昆仑山地区、喜马拉雅山和喀喇昆仑山地区、青藏高原内陆地区冰川质量的平均变化趋势分别为-2.8±0.9Gt/a、-3.3±1.5Gt/a、-9.9±2.1Gt/a和5.0±0.8Gt/a,高亚洲冰川质量整体的平均变化趋势为-11.0±2.9Gt/a.印度等北部平原地区地下水平均变化趋势为-35.0±4.2Gt/a,该地区地下水信号泄漏是影响GRACE研究高亚洲冰川质量变化的关键因素,频域法和空域法能有效改正该地区地下水信号泄漏的影响.

基于EEMD的GPS高程时间序列噪声识别与提取

提出一种基于EEMD的GPS高程时间序列噪声识别与提取方法,将信号通过整体经验模式分解,再结合平均周期与能量密度乘积指标,改进了基于连续均方误差准则的噪声识别方法。通过中国两个CORS基准站高程时间序列信号噪声提取实验,结果表明改进后的方法能避免有物理意义的周期分量被误认为噪声,正确识别了信号与噪声的分界点。

机载LiDAR数据的多回波信息分析及滤波方案

本文通过分析机载LiDAR系统获取的激光数据的多回波特性,阐述了多回波信息对地物类型信息的揭示作用,并将多回波特性用于减少参与滤波的激光脚点数量。实验证明,本文提出的滤波方案,可以预先剔除掉大部分的植被激光脚点和部分的建筑物激光脚点,这既减少了参与滤波的数据量,又可以改善滤波算法对建筑物和植被的滤除效果。

吉林市城市扩展监测及模拟研究

随着我国城市化进程的加快,其引起的城市数量的增加和城市规模的扩大已经引起学术界广泛的重视,定期或不定期地获得城市扩展信息、了解城市动态变化趋势,可为城市土地资源的规划和管理提供有力的依据。本文基于元胞自动机(CA)原理,充分利用CA在土地利用空间格局演化模拟和空间局部优化方面的优势特点,结合遥感和GIS技术建立城市空间扩展CA模型,对吉林市建成区的演化过程进行模拟。结果表明,开发的CA模型具有较好的模拟效果。

基于星载激光测高估计南极冰盖高程变化

利用NSIDC公布的ICESat运行期间的19个任务期的观测数据,采用重复轨迹分析方法估计近年来南极冰盖高程的时空变化。结果表明,南极大陆冰盖整体上呈现消融趋势,基于不同的GIA模型和ICESat激光测高数据的南极大陆冰盖高程变化的趋势约为-1.17^-1cm/a。

利用GOCE模拟观测反演重力场的Torus法

在介绍Torus方法反演地球重力场模型的基本原理和方法的基础上,基于圆环面上均匀分布的卫星引力梯度模拟观测值解算了200阶次的地球重力场模型,在无误差情况下,Torus方法解算模型的阶误差RMS小于10-16,验证了该方法的严密性。利用61dGOCE卫星轨道上无误差的模拟引力梯度观测值解算了200阶次的地球重力场模型,分析了格网化误差、极空白对解算精度的影响,迭代3次后,在不考虑低次系数情况下,模型的大地水准面阶误差和累积误差均较小,最大值仅为0.022mm和0.099mm。在沿轨卫星引力梯度模拟数据中加入5mE/Hz1/2的白噪声,基于Torus方法和空域最小二乘法解算了200阶次的地球重力场模型,Torus方法的精度略低于空域最小二乘法的精度,在不考虑低次项的情况下,两种方法解算模型的大地水准面阶误差最大值分别为1.58cm和1.45cm,累积误差最大值分别为6.37cm和5.55cm。但由于采用了二维快速傅里叶技术和块对角最小二乘法,极大地提高了计算效率。本文数值结果说明Torus方法是一种独立有效的方法,可用于GOCE任务海量卫星引力梯度观测值反演重力场的快速解算。

基于GRACE数据估计近年喜马拉雅冰川质量变化

基于CSR发布的GRACE时变重力场模型RL05数据,在频域上计算得到2002～2014年喜马拉雅山冰川质量变化。扣除GIA和水文模型影响后,喜马拉雅地区的冰川质量变化整体上呈现加速消融的趋势,消融速率约为-8.26±4.61Gt/a,加速度约为-3.54±1.25Gt/a2。

资源型城市转型过程中热岛效应监测与分析

从遥感的角度,分析了徐州市资源型城市转型过程中地表覆盖的变化和徐州1990-2010年城市热岛空间分布的变化,并重点研究了热岛效应与地表覆盖类型的关系,为徐州市转型过程中的城市规划和生态环境治理提供辅助决策。研究表明:徐州市热岛效应明显,城郊平均温度差异2.334℃,且1990-2007年热岛效应有逐年增加的趋势,2007-2010年有所缓解;不同地表覆盖其地表温度差异明显,建筑区温度最高,耕地次之,林地和水域温度较低。因此增加城市绿化、保持水域、适当控制建筑面积有助于城市热岛效应的缓解。

北斗三频RTK附加中误差约束的单历元模糊度固定算法

为了实现北斗三频RTK单历元模糊度实时固定,提出了一种附加中误差约束的TCAR搜索法。该算法用中误差最小搜索替换TCAR直接取整固定模糊度,即对几组备选模糊度搜索计算中误差,其中中误差最小值组合作为模糊度固定解,按此方法依次固定超宽巷—宽巷—基本频点模糊度。试验表明,此方法固定成功率为100%,克服了TCAR直接取整模糊度误判问题。

基于Torus的GOCE卫星重力场确定的方法研究

确定高精度高分辨率地球重力场模型是现代大地测量学的主要科学目标之一,对大地测量学、固体地球物理、海洋学等学科的研究和应用具有重要意义。目前利用GOCE卫星引力梯度数据解算卫星重力场模型的方法有直接法、时域法、空域法、张量不变量方法、Torus方法等,其中Torus方法还未应用到GOCE的实测数据处理中,该方法同时用到2D-FFT技术和块对角最小二乘方法,可基于海量观测数据快速确定高阶重力场模型。本文深入研究了基于Torus方法确定GOCE卫星重力场模型的理论和方法,主要研究内容及成果如下:(1)深入研究了Torus方法的基本原理及与其相关的理论与方法。推导了利用顾及相移的2D-FFT技术实现Torus面上观测值的球谐综合与球谐分析的实用公式,并研究了其实现的方法及块对角最小二乘法。

基于元胞自动机的城市扩展研究

在传统的元胞自动机模型的基础上,结合GIS技术、城市扩展原理建立了研究区的GIS-CA城市扩展模型,模型综合运用灰色局势决策、层次分析法与CA模型确定元胞转变规则。在VS2010平台上,使用VB.NET语言,基于ArcGIS Engine组件开发了研究区城市扩展模拟系统,可模拟与预测研究区的城市扩展情况。使用研究区长春市的实际数据进行了验证,采用1993年、2005年遥感影像作为基础数据,应用GIS-CA城市扩展模型预测了研究区2005年城市用地情况,并进行了对比分析。实验结果显示,采用元胞自动机原理结合GIS技术研究城市扩展情况具有合理性、可行性。

基于Gauss-Listing大地水准面定义的地球重力场模型评价方法

提出一种基于Gauss-Listing大地水准面经典定义的地球重力场模型评价方法。该方法依据经典大地水准面为重力等位面的特性,选取某大地水准面为参考面,计算不同地球重力场模型在该参考面上的重力位标准差,以此作为不同模型相对优劣的评价指标。利用该方法对不同地球重力场模型以及同一重力场模型在不同区域的精度进行评价,结果表明,EGM96模型、OSU91A模型的大地水准面精度分别为±11.1cm、±14.3cm,EGM2008模型、EIGEN-6C4模型分别为±8.8cm、±8.9cm,说明后2个模型的精度相当,且优于前2个模型。该模型评价方法的研究结果显示,对于某全球大地水准面,EGM2008模型和EIGEN-6C4模型的大地水准面精度分别为±11.3cm和±14.1cm,即在cm级精度上EGM2008模型略优。

遥感影像解译系统“平台/插件机制”设计与实现

针对遥感影像解译系统中存在的多种解译工具,提出利用"平台/插件"模式对解译工具进行架构,本文阐述了平台/插件模型,并介绍了接口设计、插件设计、注册、通信、调用过程。"平台/插件"架构方式将解译工具以插件的形式实现。当作业过程中需要用到新手段时,可以利用提供的接口开发出新的功能插件,由系统注册以后,用户就可以直接使用。实验表明采用平台/插件架构模式不仅能够快速地满足用户需求,而且减少系统冗余,提高了系统灵活性。

城市景观格局及其时空变化研究

基于Erdas Imaging9.0、Arc GIS9.3以及Fragstats 3.3软件平台,对吉林市1991年、2006年TM遥感影像进行土地利用变化分析,研究斑块尺度以及景观类型尺度上的景观特征指数,从而揭示景观格局特征变化和时空演变规律。结果表明,2006年吉林市景观整体较1991年具有较低的破碎度、多样性和聚集度,建筑用地、水域、水田面积增加,旱地、林地面积减少,其中旱地和村庄2类景观变化比例最大。

集成多源遥感数据的PM_(2.5)浓度空间分布制图

针对传统地面稀疏站点监测PM_(2.5)浓度以点带面的缺陷,本研究拟借助多源遥感数据开展了地面大气细颗粒物PM_(2.5)浓度空间分布模拟研究。以京津冀地区2013年的年均、季均PM_(2.5)浓度模拟图为例,用简化的气溶胶反演算法(SARA)反演了1 km高分辨率AOD,并结合高分辨率遥感提取污染相关地理要素,对研究区PM_(2.5)浓度空间分布进行地理统计模拟及优选。结果表明:1 SARA算法反演的AOD与地基AERONET相关性达0.99,能准确地反映研究区AOD的时空分布特征;2集成多源遥感数据的地理加权回归模型拟合度高(平均R2-0.66),其空间模拟显示研究区平均PM_(2.5)污染南部城镇最重,中东部城区次之,西北山区较轻;3研究区PM_(2.5)污染程度高,全年平均模拟浓度高达75μg/m3,在气候环境及主要污染源季节性差异驱动下,浓度分布季节性特征显著,冬季污染最严重,而夏、秋季相对较轻。该成果对于精细把握PM_(2.5)污染特征,指导污染防控具有重要意义。

基于矩谐分析的区域重力场建模

建立高精度高分辨率区域地球重力场模型是大地测量学科的重要科学目标之一,可为固体地球物理、地球动力学、地震学以及资源勘探等领域提供基础信息,也是当前大地测量现代化发展实现GNSS测定海拔高程的重大需求.提出了一种基于矩谐分析的区域重力场建模方法,在局部直角坐标系中求解地球引力位的Laplace方程,推导了扰动位、重力异常、重力扰动、大地水准面差距和垂线偏差的矩谐展开式以及矩谐系数阶方差和阶误差的计算公式,给出了利用重力观测值进行矩谐分析求解矩谐系数的数学模型和算法,为抑制矩谐分析中存在的周期延拓边界效应,提出了扩展计算区域范围的策略.利用EGM2008重力位模型生成模拟地面重力和航空重力观测值,加入标准差为2 mGal的高斯白噪声,分别设计基于地面重力数据和基于航空重力数据的模拟数值试验,对矩谐分析建模方法进行了验证与分析.数值结果表明基于矩谐分析构建的区域重力场模型可靠且可达很高的精度,由地面和航空重力数据计算的2.5′×2.5′大地水准面精度分别达到1 cm和1.4 cm,4 km飞行高度处航空重力观测值的向下延拓误差仅为3.1mGal,矩谐分析可为区域重力场精细结构的逼近提供一种新的选择.

地心直角坐标系下的航摄光学影像严密定位模型

对地心直角坐标系(Earth-centered Earth-fixed,ECEF)中航空光学影像几何定位模型的应用潜力及难点进行了分析,提出了四元数初始姿态与欧拉补偿偏置角相结合的严密定位模型,避开了单独使用四元数时姿态参数去相关性、高频变化姿态精化模型表达,以及姿态与其他观测值联合平差等方面存在的困难,克服了单独使用欧拉角姿态时可能存在的奇异、多解等不足,能够吸收已有成熟的定位定姿系统(position and orientation system,POS)辅助光束法平差方法,实现了ECEF下航摄光学影像的严密定位。利用航空框幅式影像和三线阵影像进行了实验,证明了模型和方法的可行性。本文模型不受影像地理覆盖范围的限制,能为ECEF中包含航空光学影像在内的多源遥感数据的联合处理提供参考。

利用重力等位面特性进行地球重力场模型评价

提出了一种基于大地水准面等位面特性的地球重力场模型优劣评价方法。通过取任一重力大地水准面为参考面,计算不同地球重力场模型在该面上的重力位标准差,以此作为不同模型相对优劣的评价指标。利用该方法对不同地球重力场模型以及同一重力场模型在不同区域的精度进行了评价。结果表明：EGM96、OSU91A模型的大地水准面高精度分别为±11.1cm、±14.3cm,说明EGM96要优于OSU91A,EGM2008、EIGEN-6C4模型的大地水准面高精度分别为±8.8cm、±8.9cm,说明该两个模型的精度相当,与已有研究结果一致,表明本文方法的有效性与适用性。进一步研究结果显示,对于全球大地水准面,EGM2008和EIGEN-6C4模型的大地水准面高精度分别为±11.3cm和±14.1cm,即在厘米级精度上EGM2008略优。