基于FY3热红外数据的地表温度反演方法研究

使用中分辨率大气辐射传输模式MODTRAN模拟风云三号卫星(FY3)热红外通道数据,基于模拟数据,利用分裂窗温度反演方法,建立地表温度反演模型。利用平均比辐射率方法确定像元比辐射率,并将该反演模型用于江苏省3个时次(2012年1月23日、2月3日和2月11日)的地表温度反演。将反演结果与MODIS的温度产品进行了对比分析,分析反演模型的系统偏差,并对反演模型进行修订。验证试验结果表明:修订后模型反演的地表温度与MODIS温度产品的平均相关系数为0.877,均方根误差为1.33 K;相比于同时期的FY3温度产品,所建模型反演的地表温度与MODIS温度产品更为接近。     

昆明主城区土地覆盖时空分布及地表温度响应

利用SVM、决策树及辐射传导方程,基于Landsat TM/OLI、DEM数据分别提取2000、2005、2010、2015年昆明主城区的土地覆盖类型以及地表温度信息,并进一步分析土地覆盖类型与地表温度时空变化的关系。研究表明：2000-2015年昆明主城区各土地覆盖类型面积的变化特征表现为建设用地增加最多、森林次之,水体基本不变,农田、裸地大幅减少;建设用地与其他土地覆盖类型之间的相对温差不断扩大;城市地表温度的第一正相关因素为建设用地,第一负相关因素为水体。     

基于SEBS模型反演凌河流域尺度地表蒸散发量

利用NOAA/AVHRR数据和气象资料,结合反演陆面蒸发较为准确的SEBS(Surface Energy Balance System)模型,反演了2011年我国辽宁西部地区凌河流域蒸散发量的时空分布。研究表明,凌河流域各月的蒸散发量变化范围在0~7mm之间,少数地区超过7mm。研究为大面积获取我国辽西北干旱地区的蒸散发情况奠定了基础。     

基于EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟研究

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2002、2007、2012、2015年4期遥感影像解译数据,将数据同化技术引入生态源地的变化模拟中,考虑生态障碍和生态阻力构建En KF-MCRP模型,进行磴口县生态用地的变化模拟。结果表明,引入数据同化技术的En KF-CA/Markov模型的模拟总精度达到82.4%,数据同化能够减少误差的积累。根据扩展能力磴口县生态源地共分为5个等级,其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。引入生态源地变化的En KF-MCRP模型的生态用地扩张模拟精度最高,生态用地面积与空间布局最接近实际情况,方差达到0.4。此研究可为当前以及未来的生态用地规划和管理提供科学根据。     

覆膜棉田土壤温度变化特征与地表温度估算

为了明确河北低平原区覆膜植棉农田土壤温度分布特征,采用小区试验,研究了微咸水(5 g/L)灌溉条件下覆膜棉田不同土层深度和不同点位土壤温度的变化特征,并估算了裸露行和覆膜行的地表温度。结果表明,棉花生育期间不同深度处土壤温度都呈现了先增大后减小的趋势;随着土层深度的增加,土壤温度的变化趋于平缓,棉花生育期内0、10、20、40、60、100 cm深度处日均土壤温度的变异系数分别为24.13%、19.79%、18.25%、15.20%、13.10%、11.65%。覆膜具有增温作用,增温效果随棉花生育进程推进和土层深度增加而有所减弱;覆膜行和裸露行距离植株远处的土壤温度均大于其近处。采用能量平衡原理可以较好地估算地表温度,裸露行和覆膜行估算结果的符合指数(d)分别为0.986 9和0.985 5,Nash-Sutcliffe系数(NSE)分别为0.947 7和0.941 0。研究结果可为丰富棉花栽培技术体系提供理论支撑。     

干旱荒漠区土地利用变化对地表温度的影响

该文以Landsat TM 遥感影像为主要数据源,获取了宁夏中卫市沙坡头区1992年和2007年的土地利用信息;利用单窗算法反演了对应时期该区域的地表温度（LST）;据此分析了土地利用变化与地表温度变化之间的关系。结果显示：1）不同利用方式的土地的LST有显著差异,流动沙地的LST最高,其次是固沙用地、草原化荒漠等;2）过去15 a间,研究区内最为明显的土地利用变化方向是“草原化荒漠转变为农田”和“流动沙地转变为固沙用地”;3）“草原化荒漠转变为可灌溉农田”会导致LST明显下降,“草原化荒漠转变为压砂田”     

基于GOES数据和弱约束变分的地表水热通量估算

基于弱约束的四维变分方法和陆面过程模式发展了一个地表温度的陆面数据同化系统。本文反演了地球静止业务环境卫星(Geostationary operational environmental satellite,GOES)的地表温度,并将反演的地表温度同化入陆面过程模式,改进陆面过程模式中地表水热通量的估算精度。以弱约束的变分方法通过在代价函数中增加弱约束项代替陆面过程模式动力方程组中存在的模式误差,构建新的代价函数并对其优化,从而改善模式中显热与潜热的估算精度。将GOES地表温度与实测地表温度进行比较,其均方根误差(RMSE)作为试验中的观测误差。选择美国通量网AmeriFlux中2个主要农业站点的气象和通量数据作为试验数据,对同化系统进行驱动和验证。结果表明同化后的地表温度、潜/显热估算精度均有提高。其中,各站地表温度RMSE平均仅为1 K,显热通量平均RMSE下降22 W/m2,潜热通量平均RMSE下降26 W/m2。因此结合陆面过程模式的弱约束变分方法同化GOES反演温度产品估算近地表水热通量的方法是有效且可行的。     

基于MODIS数据的济南市农田区土壤含水量模型

土壤含水量是监测土壤质量的重要指标,影响到一系列战略物资的生产,是旱涝等自然灾害发生的指示因子。以2011年4月下旬济南市农田区的MODIS遥感影像为基础,采用植被供水指数法反演土壤含水量,结合野外同步实测数据,建立土壤含水量预测模型,并利用实测和气象数据进行精度检验。结果表明,该模型预测结果与实际情况吻合度较高,模型具有一定的参考价值。     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

基于差分理论的混凝土 温度参数反演模型的GA算法研究

混凝土温度参数对于混凝土温控防裂具有重要意义,采用差分算法,对混凝土温度场进行仿真计算,依据实测温度数据,对仿真计算进行误差分析,并建立基于实测数据的反演模型,针对反演模型的具体特性,构建了GA算法,通过反演模型的求解计算,可以确定更符合实际情况的混凝土温度参数,从而为混凝土温度参数的合理确定以及后续温控计算提供参考.     

基于云平台和BFAST算法的地表变化检测方法

准确识别地表变化的时空信息,有助于探究地表自然环境和生态系统发展演变的规律,支撑相关的科研与行政管理工作。本文以河南某生态保护修复工程部分实施范围为研究区域,基于Google Earth Engine(GEE)云平台,以2013—2020年的98景Landsat8/OLI遥感影像作为数据源,应用Breaks for additive season and trend(BFAST)算法对地表变化进行了信息提取和制图。首先基于GEE云平台对Landsat8/OLI地表反射率数据集进行调用和预处理,基于CFMask算法对遥感数据集进行云影掩膜,开展光谱指数(植被指数NDVI)的计算以及时间序列数据集的构建。其次基于时序数据集与BFAST算法构建由趋势项、季节项和残差项组成的广义线性回归模型,通过最小二乘法求解模型中的未知参数集,以此进一步构建时序拟合模型,而后基于残差的Moving sums(MOSUM)方法对时序结构变化进行检测。最后从检测结果中抽取像元样点,通过与Google Earth高分辨率影像数据叠置和目视解译,开展结果验证和精度评价。结果表明,本文提出的方法在研究区的时序地表变化...     

基于GF-1卫星遥感的河套灌区土壤含水率反演模型研究

为探究植被覆盖条件下GF-1卫星反演农田土壤含水率的可行性,以河套灌区解放闸灌域沙壕渠为研究区,采用GF-1卫星遥感影像作为数据源,通过全子集筛选法确定不同土壤深度下光谱指数的最优自变量组合,并分别采用多元线性回归(MLR)、BP神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)3种算法,构建不同深度下土壤含水率反演模型。结果表明,全子集筛选后模型反演精度有较大提升,且过拟合现象减弱;植被覆盖条件下各深度土壤含水率敏感程度从大到小依次为0~40cm、0~60cm、20~40cm、0~20cm、40~60cm;植被覆盖条件下各模型对土壤含水率反演能力由强到弱依次为BPNN、SVM、MLR;筛选后BPNN在深度0~40cm下的建模集和验证集R2adj均能达到0.50以上,RMSE在0.02%以内。研究结果可为植被覆盖条件下利用GF-1卫星监测农田土壤含水率提供参考。     

基于无人机遥感的灌区土地利用与覆被分类方法

为研究无人机可见光遥感技术在灌区土地利用和覆被分类中的有效性,以河套灌区五原县塔尔湖镇为试验区域,用TEZ固定翼无人机搭载索尼A5100型相机进行航拍试验。应用Agisoft Photo Scan软件对无人机遥感系统获取的可见光高分辨率原始单张影像数据进行拼接处理。除目视提取的特殊用地与水域及水利设施用地外,通过试误法确定分割尺度300、形状权重0.4、紧致度权重0.5为无人机遥感影像数据的最佳分割参数。通过对剩余各地物在光谱、形状、纹理特征参量中表现的特异性,分别建立决策树、支持向量机、K-最近邻分类规则集提取土地利用类型试验。结果表明,支持向量机能较准确地提取各地物的特征,总体精度为82.20%,Kappa系数为0.765 9;决策树分类方法的总体精度为74.00%,Kappa系数为0.667 5;K-最近邻分类方法的总体精度为71.40%,Kappa系数为0.610 7。采用支持向量机结合决策树分类法创建的决策树模型,可以将总体精度提高到84.20%,Kappa系数达到0.790 0。因此无人机可见光遥感技术可以用于提取灌区土地利用类型,但存在农、毛渠错分为交通运输用地的情况,渠系的提取还需进一步研究。     

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。     

土地整治遥感监测研究进展分析

通过回顾国内外土地整治概念及内容的发展历程,总结了新时期土地整治的基本内涵和工作需求。通过分析遥感在土地整治工作中的广泛应用,梳理了土地整治遥感监测的发展脉络,归纳了土地整治遥感监测的关键技术及其研究现状,进而给出了土地整治遥感监测相关技术及应用的发展趋势。分别从土地资源调查与保护、土地复垦与生态修复、农用地整治、宜农未利用地开发、建设用地整治及生态化土地整治等不同土地整治类型和潜力测算与风险评估、规划设计、施工监管及验收评价等土地整治项目过程等角度,对多年来遥感技术在土地整治工作中的应用情况进行了系统阐述,最后在总结技术优势与局限的基础上,提出了未来的攻关难点和发展方向,为土地整治遥感监测工作的开展提供科学参考。     

基于SHAW模型的冬小麦叶温模拟

叶温是反映冬小麦健康状况的关键指标,但获取麦田叶温动态变化过程及廓线分布存在着较大困难。本文以河南省商丘市为研究区,引入表达土壤-植被-大气能量传输的SHAW模型,对其进行本地化标定,在垂直方向上0~60cm高度以10cm为间隔进行分层,模拟冬小麦拔节期至抽穗期间的叶温时序曲线及廓线,并结合田间同期不同高度的叶温实测数据,对模拟结果进行分析。结果表明：SHAW模型可有效地用于麦田叶温时序曲线和廓线模拟,决定系数达0.8476,夜间模拟效果显著优于白天,决定系数分别为0.8622和0.7602。对叶温日平均值、最低值和最高值的分析表明,均方根误差范围为1.36~4.09℃,且最低温模拟效果最好,平均值次之,最高温误差最大。叶温廓线模拟分析表明,各高度决定系数均达到0.82以上,且随高度的增加而增大,均方根误差范围为2.41~3.35℃,平均误差均小于0℃;叶温总体上呈现出夜间随高度增加而降低的趋势,而白天随高度增加而升高的趋势。     

基于长时间序列遥感数据反演NPP的耕地质量评价

为客观获得省域耕地质量分布状况,减少时间断点引起的评价误差,构建了一种基于长时间序列遥感数据反演NPP的耕地质量评价方法。首先,在耕地图斑约束下,采用时序LSWI和EVI数据识别水稻和玉米;然后,采用2000—2010年MODIS的MOD09A1数据,结合气象站点数据,利用VPM模型分别计算水稻和玉米的净初级生产力(NPP),并得到多年NPP均值,可反映耕地种植作物的常年长势,使用距平分析法消除作物类型差异,得到表征耕地质量的评价结果;最后,以吉林省为研究区,对本文提出的方法进行了实证与分析。实验结果表明,长时间序列NPP耕地质量反演结果与耕地质量利用等别整体空间分布一致。其中,吉林省中部与北部由于耕地集中连片,反演结果准确。南部山区耕地斑块破碎,耕地与林地混合,导致反演结果偏高。本文构建的长时间序列NPP耕地质量评价方法对省域范围、集中连片耕地质量评价具有可行性,可为我国耕地质量评价提供科学依据。     

基于遥感的节水改造下河套灌区土壤盐渍化演变分析

为探究节水改造工程对灌区土壤盐渍化的影响,以河套灌区永济灌域为例,将节水改造工程实施阶段分成4个时期,基于遥感技术对各时期的土地利用类型和不同土层深度的土壤盐分进行解译,从土壤盐分的空间分布状态、土壤盐分指标（总储盐量及单位储盐量）的时间演变等方面分析不同节水改造时期土壤盐渍化的时空演变规律,并从点尺度和区域尺度综合分析土壤盐渍化对地下水的响应,同时结合灌区灌溉、排水等因素分析土壤盐渍化的演变机制。结果表明：随着节水改造工程的实施,土壤盐渍化程度南低北高的空间分布状态逐渐明显,盐渍化等级最高的区域均为盐荒地,2005—2010年土壤盐渍化程度增加,主要表现为春季、秋季0~40cm的重度盐化土（主要盐渍化等级）所占比例相比2000年分别平均增加106.98%~806.38%和44.26%~190.60%,2010—2015年土壤盐渍化程度逐渐减轻,主要盐渍化等级向等级小的方向转移,2015—2021年,土壤盐渍化程度减轻程度较为明显,主要表现为春季0~20cm中度、重度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）相比2005—2010年平均下降9.15%,春季20~40cm、秋季0~20cm和20~40cm土层轻度、中度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）分别增加15.02%、-2.62%和6.26%;随着节水改造工程的进行,春、秋两季0~40cm土层储盐量均呈先增后减的趋势,2010年达到最大值,其中0~20cm春、秋两季总储盐量分别为1.489×106t和1.396×106t,至2021年,春、秋两季平均总储盐量仍大于2000年;不同时期土壤含盐量与地下水埋深满足对数关系,春季、秋季土壤含盐量与地下水埋深的决定系数R2分别为0.744和0.672,春、秋两季轻度盐化土、中度盐化土、重度盐化土和盐土的地下水埋深平均值分别为2.351、2.144、1.953、1.752m,秋季地下水埋深平均值相比春季分别降低7.85%、8.27%、12.16%和9.88%。