最新刊期
      2015 年 第 19 卷 1 期

        大气遥感专栏

      • 陈良富,张莹,邹铭敏,徐谦,李令军,李小英,陶金花
        2015, 19(1): 1-11. DOI: 10.11834/jrs.20153331
        摘要：大气CO2是重要的温室气体,CO2浓度及其空间分布是全球气候变化评估中的主要不确定性因素之一。从1998年以来,卫星遥感大气CO2成为获取全球CO2的重要手段。本文阐述了现阶段大气CO2浓度卫星遥感反演进展情况,包括CO2探测载荷、反演算法和算法验证等。同时,论文详细介绍了近红外波段和热红外波段的反演算法特点和不确定因素,并针对CO2反演应用需求提出了展望。  
        关键词：CO2;卫星遥感;热红外高光谱;近红外高光谱;最优化算法   
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        发布时间：2021-06-10
      • 陶金花,王子峰,徐谦,李令军,范萌,陶明辉,苏林,陈良富
        2015, 19(1): 12-24. DOI: 10.11834/jrs.20153311
        摘要：颗粒物吸湿增长特性是卫星遥感反演近地面颗粒物需要解决的关键问题。本文基于北京地区2007-08—2009-08共两年的地基观测资料,计算了该地区颗粒物平均质量消光效率,结果表明该地区颗粒物平均质量消光效率随相对湿度增加而连续平滑增长。相对湿度从20%增长到85%左右时,质量消光效率增长较为平缓,当相对湿度达85%后,质量消光效率急剧增长。在平均质量消光效率基础上,进一步计算了不同湿度下的气溶胶吸湿增长因子,该因子在不同湿度下的变化趋势基本一致,都在6月达到最大值,1月达到最小值。1月至6月,呈上升趋势,7月至12月,呈波动性缓慢下降趋势,12月值略高于1月。最后,基于平均质量消光效率的吸湿增长因子,针对北京地区常用的3种吸湿增长模型进行拟合,研究表明3种模型在北京地区的适用性都比较好,差别不大,模型3稍优于模型2,模型2稍优于模型1。  
        关键词：气溶胶;颗粒物;吸湿增长模型;平均质量消光效率;吸湿增长因子   
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      • 陈澄,李正强,侯伟真,李东辉,张玉环
        2015, 19(1): 25-33. DOI: 10.11834/jrs.20154043
        摘要：在卫星气溶胶反演中,如何确定研究区域的气溶胶模型直接影响目前大多数卫星遥感算法的气溶胶光学厚度反演精度。本文基于气溶胶自动观测网（AERONET）典型类型的动态气溶胶模型,提出了一种基于动态气溶胶模型的气溶胶光学厚度反演算法,并将其运用到PARASOL（Polarization and Anisotropy of Reflectance for Atmospheric Science coupled with Observations from Lidar）卫星的反演中。针对华北地区2012年的PARASOL卫星观测数据,应用动态气溶胶模型反演算法反演气溶胶光学厚度,并与地面观测站点进行对比验证,结果显示通过气溶胶模型选取与反演结果的迭代约束,在865 nm反演的气溶胶光学厚度与地基观测的相关程度（R2）达到0.71,均方根误差（RMSE）为0.15,与PARASOL气溶胶产品相比一定程度提高了反演结果的精度。  
        关键词：AERONET;动态气溶胶模型;多角度;偏振;气溶胶反演   
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        发布时间：2021-06-10
      • 布然,雷莉萍,郭丽洁,刘达,曾招城
        2015, 19(1): 34-45. DOI: 10.11834/jrs.20154031
        摘要：GOSAT卫星观测反演大气CO2浓度精度已经提高到了1—2 ppm,而卫星数据能否准确地揭示全球和区域大气CO2浓度变化特征还缺乏充分的评价与分析。本文针对已经连续运行观测3年的GOSAT卫星,收集了来自美国NASA-OCO团队（ACOS）和日本环境研究所GOSAT团队（NIES）基于各自算法反演的两套大气CO2柱浓度数据,描述并分析了全球大气CO2时空变化特征。分析结果表明,从XCO2反演的绝对值结果来看ACOS总体上比NIES的高出约2 ppm左右,但从时空的相对变化上它们揭示了相近的大气CO2浓度时空变化特征。两套数据显示出全球平均大气CO2浓度在2010年—2012年的3年期间年增量分别为1.8 ppm和2.0 ppm;季节变化幅度,北半球最大4—6 ppm,南半球最大约2 ppm,这与地面观测结果基本一致。进一步将EDGAR 4.2人为排放总量格网化数据与GOSAT卫星观测反演的CO2浓度进行相关统计分析,结果指出两套数据对人为排放量有着微弱的响应。本文结果指出目前GOSAT卫星观测反演的XCO2可以检测出全球和区域大气CO2浓度的年变化、季节变化和区域空间变化的特征;GOSAT卫星10.5 km空间分辨率的观测虽难于检测出点源的浓度变化,但从区域上对人为排放的累积效应的监测显示了一定的应用潜力。  
        关键词：GOSAT;大气CO2浓度;时空变化;人为排放   
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      • 邹铭敏,陈良富,陶金花,张莹,范萌,苏林
        2015, 19(1): 46-53. DOI: 10.11834/jrs.20153319
        摘要：短波红外通道卫星CO2遥感是近年国际研究热点。首先,开展了卫星观测对气溶胶及大气温度的敏感性研究;其次,针对基于最优化理论的非线性迭代反演方法反演过程中的不收敛问题,提出了修正的阻尼牛顿方法（MDNM）,并利用模拟数据评估了MDNM方法的有效性;最后,利用GOSAT卫星数据反演CO2的垂直混合比浓度,并与地基TCCON站点数进行比对。研究结果表明:短波近红外CO2卫星遥感受气溶胶散射及温度影响明显;通过地基比对初步验证了MDNM具有良好的精度,两者的相关性R2达到了0.729。  
        关键词：CO2;修正的阻尼牛顿方法（MDNM）;反演;GOSAT   
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      • 李小英,陈良富,国爱燕,苏林,贾松林,陶金花,张莹
        2015, 19(1): 54-61. DOI: 10.11834/jrs.20153314
        摘要：由于许多气体,特别是卤族元素在亚毫米波段有特殊吸收谱线,因此亚毫米波临边探测具有重要意义。文章基于ARTS正向模型,模拟并分析了飞行器主要尾焰成分在亚毫米波段临边探测敏感性。基于模拟的高空飞行器尾焰流场比较了不同大气背景对尾焰临边探测的影响;并模拟了亚毫米波临边与天底两种模式对尾焰流场的探测。研究结果表明在中高空处,临边探测对尾焰成分H2O、O2、OH及HCl的浓度变化很敏感,5倍浓度的变化使某些频率处的亮温分别提高约80 K、80 K、5 K与50 K。研究结果也表明,亚毫米波临边探测可以探测到尾焰流场,而天底探测则无法探测出尾焰流场。  
        关键词：高空飞行器;尾焰;亚毫米波;临边探测   
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        发布时间：2021-06-10

        综述

      • 刘茜,杨乐,柳钦火,李静
        2015, 19(1): 62-74. DOI: 10.11834/jrs.20154108
        摘要：森林地上生物量反演对理解和监测生态系统及评估人类生产生活的影响有着重要作用,日益发展的遥感技术使全球及大区域的生物量估算成为可能。近年来,不同的遥感技术和反演方法被广泛用于估算森林生物量。本文首先总结了现有的全球及区域生物量产品及其不确定性,然后综述了3类方法在森林地上生物量遥感反演中的应用,即基于单源数据的参数化方法、基于多源数据的非参数化方法和基于机理模型的反演方法,阐述了各类反演方法的特点、优势及局限性。最后从机理模型研究、多源遥感数据协同、生物量季节变化研究和遥感数据源不断丰富4个方面对今后的生物量遥感反演研究进行了展望。  
        关键词：森林地上生物量;多元回归;非参数化;机理模型   
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      • 吴小丹,闻建光,肖青,李新,刘强,唐勇,窦宝成,彭菁菁,游冬琴,李小文
        2015, 19(1): 75-92. DOI: 10.11834/jrs.20154009
        摘要：遥感产品真实性检验是定量遥感基础研究的重要环节,是客观评价遥感产品精度、稳定性和一致性的重要手段,对于提高遥感定量化水平、推动和扩展遥感产品的深化应用具有重要的意义。本文基于当前陆表参数遥感产品真实性检验研究的相关成果,归纳总结了陆表参数遥感产品真实性检验方法,并就其中的5种真实性检验方法,即基于地面单点测量检验、基于地面多点采样检验、基于高分辨率数据的检验、交叉检验和间接检验,阐述了各方法的特点、局限性、适用条件。文章在最后探讨了陆表关键参数遥感产品真实性检验评价指标和验证中影响精度评价的关键因素。本文对于遥感产品真实性检验工作的开展和真实性检验系统研发具有重要的指导意义。  
        关键词：陆表参数;定量遥感产品;真实性检验方法;异质性;尺度转换   
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        发布时间：2021-06-10

        Technology and Methodology

      • GUO Jing,YANG Chunping,ZENG Dandan,YE Yutang,RAO Changhui
        2015, 19(1): 93-99.
        摘要：We proposed a wide spectrum and rapid calculation model FALTRAN（ Fast Atmospheric Limb TRANsmission）,to solve the problems of current radiative transfer model in limb remote sensing. In FALTRAN:（ 1） Band model algorithm was employed and the molecular spectroscopy database was based on HITRAN2008.（ 2） Limb radiative transfer equation consists of scattering and thermal radiation was established,and according to the limb geometry characteristic,a Hemisphere Radiation Adding（ HRA） approach based on finite difference method was proposed to solve it. We investigated the atmospheric limb radiations under typical atmospheric modes in several commonly used remote sensing bands. Moreover,radiation contribution by two hemispheres was quantitative analyzed as well. Validation results show that the relative differences between FALTRAN and Combining Differential-Integral（ CDI） model are within 2%,and calculation results by FALTRAN have good agreement with Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding（ MIPAS） measurements. FALTRAN is proven to be reliable in the limb radiative transfer calculation.  
          
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      • LIAO Yanran,GAI Yingying,YAO Yanjuan,FAN Wenjie,XU Xiru,YAN Binyan
        2015, 19(1): 134-142.
        摘要：Validation is one of the most important processes used to evaluate whether remotely sensed products can accurately reflect land surface configuration. Leaf Area Index（ LAI） is a key parameter that represents vegetation canopy structures and growth conditions. Accurate evaluation of LAI products is the basis for applying them to land surface models. In this study,validation methods of coarse resolution MODIS and GLASS LAI products for heterogeneous pixels are established on the basis of the scaling effect and the scaling transformation. Considering spatial heterogeneity and growth difference,we transformed LAI from field measurements into a 1 km resolution scale with the aid of middle resolution images. We used average LAI and apparent LAI separately to validate the algorithms and products of MODIS and GLASS LAI. Two study areas,Hebi City and the Yingke Oasis,were selected for validation. Both MODIS and GLASS LAI products underestimate the true LAI in crop area. However,this result cannot be completely attributed to their algorithms. Instead,the primary reason is the heterogeneity and nonuniformity of the coarse pixels.Underestimation is evident in the Yingke Oasis,where heterogeneity is significant. Given that GLASS LAI product is the fusion of multiple LAI products,the mean value of this product is closer to the real situation,but the dynamic range is narrower than that of MODIS LAI product.  
          
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        发布时间：2021-06-10

        技术方法

      • 郭晶,杨春平,曾丹丹,叶玉堂,饶长辉
        2015, 19(1): 100-107. DOI: 10.11834/jrs.20153336
        摘要：为解决目前临边遥感大气辐射传输模型存在计算光谱窄和计算速度慢等问题,基于HITRAN2008数据库、带模式算法和临边辐射传输方程建立了0.2—20μm波段大气临边辐射传输的宽光谱快速计算模型FALTRAN。建立了含有散射辐射和热辐射的临边辐射传输方程,并依据临边几何特征提出了一种基于有限差分的半球辐射累加HRA解算方法。利用FALTRAN计算分析了几个常用的遥感波段内典型大气条件和切向高度时大气的临边辐射特性,并定量分析了左、右半球辐射对总辐射的贡献情况。模型校验结果表明,FALTRAN与CDI模型的计算结果相对差异在2%以内,并与MIPAS的测量结果符合很好,验证了FALTRAN在临边遥感中大气传输计算的可靠性。  
        关键词：临边遥感;带模式算法;临边辐射传输方程;半球辐射累加;辐射贡献   
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      • 任志国,郭健,李爱光,王卉,阚映红
        2015, 19(1): 108-115. DOI: 10.11834/jrs.20153129
        摘要：概括了当前GIS中最短路径算法,分析了元胞自动机在最短路径分析算法中的原理及应用现状,并从两个方面对基于元胞自动机的最短路径算法进行优化即直线优化的元胞自动机最短路径算法。（1）将A*算法中的启发函数引入元胞自动机模型,提出了直线优化元胞自动机最短路径模型;（2）考虑道路网特征对最短路径算法的影响,得出具有道路网自适应性的最短路径分析模型。最后选取不同形态特征的shp道路网数据,验证了优化算法在实际应用中的适用性和高效性。  
        关键词：元胞自动机;A*算法;直线优化;道路网特征;启发式搜索   
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      • 栾海军,田庆久,余涛,顾行发,黄彦,胡新礼,杨闫君
        2015, 19(1): 116-125. DOI: 10.11834/jrs.20153340
        摘要：针对目前基于统计或物理模型方法的升尺度转换研究中存在的不足,以归一化差分植被指数NDVI为研究对象,基于分形理论提出一种连续空间升尺度转换模型CSSM（Continuous Spatial Scaling Model）构建方法。所构建的模型尺度适用范围更广,且具有一定的物理意义。针对已有研究尚未解决的模型构建的最合理尺度层级确定问题,结合原有的统计学四指标评价体系（r、p、rlo、rup）,融入了真实性检验应用效能评价指标（Maxofabs（Error））,建立了一个基于五指标评价体系的模型构建最合理尺度层级确定方法。以北海市沙田半岛Landsat ETM+影像为实验影像,设定r≥0.8,p<0.05,rlo≥r≤rup及Maxofabs（Error）≤0.05为评价体系的边界条件,从追求模型尺度适用范围更大的角度考虑,确定出该影像模型构建的最合理尺度层级Level=267,则该模型最高可对30 m×267即8 km分辨率遥感影像进行NDVI验证。通过动态调整此评价体系的边界条件,实现了最合理尺度层级取值的敏感性分析。这些工作使得基于分形理论的NDVI’s CSSM构建研究更为系统。  
        关键词：NDVI;空间升尺度转换;连续空间尺度转换模型;分形;五指标评价体系   
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      • 吴一全,曹照清,陶飞翔
        2015, 19(1): 126-133. DOI: 10.11834/jrs.20153254
        摘要：为了进一步提高基于独立分量分析ICA（Independent Component Analysis）的遥感图像变化检测精确度,更好地实现地表覆盖的动态监测,将多尺度几何分析和核独立分量分析KICA（Kernel Independent Component Analysis）相结合应用于遥感图像的地表覆盖变化检测。首先利用Contourlet变换、复Contourlet变换CCT（Complex Contourlet Transform）、非下采样Contourlet变换NSCT（Nonsubsampled Contourlet Transform）等多尺度几何分析对土地遥感图像进行多尺度分解;然后对分解后的数据进行核独立分量分析,通过核函数将数据映射到高维特征空间中,再在该空间中用ICA方法分离出互相独立的分量;最后将分离后的地表变化分量转化为图像分量,再采用最大类间方差法对变化图像进行分割,实现地表覆盖的变化检测。给出了本文方法和近年来提出的基于ICA、基于KICA、基于小波变换和ICA等变化检测方法的实验结果,并进行了分析和定量比较。实验结果表明,基于多尺度几何分析和KICA的变化检测方法能更好地分离出遥感图像的变化信息,其中基于NSCT和KICA方法的错判和漏检误差最小,且在边缘细节方面处理得更好,而基于Contourlet变换和KICA方法的检测效率相对较高。  
        关键词：变化检测;核独立分量分析KICA;多尺度几何分析;Contourlet变换;非下采样Contourlet变换   
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      • 廖嫣然,盖颖颖,姚延娟,范闻捷,徐希孺,闫彬彦
        2015, 19(1): 143-152. DOI: 10.11834/jrs.20153121
        摘要：真实性检验是评价遥感反演产品质量和验证遥感应用产品是否准确、真实地反映实际情况的重要途径。叶面积指数（LAI）是表征陆地植被结构和长势的关键参数,全面准确评价和验证LAI产品是产品用于陆面过程模型的前提。本文以MODIS LAI与GLASS LAI产品为研究对象,在尺度效应和尺度转换的基础上,建立了针对非均匀像元的低分辨率LAI产品真实性检验方法。在考虑空间异质性和植被长势差异的情况下,借助中分辨率的遥感影像,分别利用1 km像元平均叶面积指数和反演表观叶面积指数实现了对LAI算法和产品的真实性检验。为了比较作物长势差异和地表非均匀度对产品的影响,本文选择有代表性的河南鹤壁和甘肃张掖两个地区进行两种LAI产品真实性检验研究。研究结果表明,GLASS LAI和MODIS LAI产品均存在明显的低估现象。这并不是产品算法的问题,而是由于地表异质性和非均匀度的影响。在异质性更显著的张掖盈科灌区,低估现象更明显。GLASS LAI产品是多种LAI产品的融合,它的平均LAI比MODIS更接近真实情况,但是LAI的动态范围比MODIS窄。  
        关键词：真实性检验;叶面积指数;尺度效应;尺度转换   
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        Remote Sensing Applications

      • CHAI Linna,WU Fengmin,ZHANG Lixin,SHI Jiancheng
        2015, 19(1): 153-161.
        摘要：We proposed a method to estimate single scattering albedo of winter wheat over the North China Plain with AMSR-E passive microwave imagery. The relationships of single scattering albedo and optical depth between 6. 925 GHz and 10. 65 GHz were derived from simulations. To retrieve the single scattering albedo,the relationships were combined with the physical expressions of microwave vegetation indices derived from the first-order parameterized emission model. Comparisons with normalized difference vegetation index（ NDVI） obtained from daily MODIS reflectance product showed that the variations in winter wheat single scattering albedo were similar to those of winter wheat NDVI. However,several differences were observed. NDVI showed saturation from the heading stage to the milky stage of winter wheat,whereas single scattering albedo remained sensitive to the growth of winter wheat. Single scattering albedo offers certain advantages in reflecting the growth status of winter wheat.  
          
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        遥感应用

      • 柴琳娜,吴凤敏,张立新,施建成
        2015, 19(1): 162-171. DOI: 10.11834/jrs.20153214
        摘要：首先,基于冬小麦不同生育期的地面实测参数,构建了组成冬小麦冠层的、包括不同尺寸和含水量的介电散射体模拟数据库,并在此基础上建立冬小麦单散射反照率和光学厚度分别在C（6.925 GHz）和X（10.65 GHz）波段之间的依赖关系。然后,根据一阶参数化模型推导得到的微波植被指数MVIs（Microwave Vegetation Indices）的物理表达式,结合AMSR-E被动微波亮温数据,反演了华北平原地区冬小麦不同生育期的单散射反照率。与MODIS日归一化差异植被指数NDVI的对比结果显示:冬小麦单散射反照率与NDVI随时间的变化趋势大致相同,但在冬小麦的抽穗期到乳熟期,NDVI呈现饱和趋势,而单散射反照率对小麦的生长变化仍旧比较敏感,在指示冬小麦生长方面具有一定优势。  
        关键词：单散射反照率;冬小麦;AMSR-E;参数化模型;微波植被指数;被动微波   
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        发布时间：2021-06-10
      • 林奕桐,叶骏菲,汪嘉杨,王永前
        2015, 19(1): 172-178. DOI: 10.11834/jrs.20153061
        摘要：干球温度（气温）是地面气象观测中所要测定的常规要素之一。目前基于遥感数据获取该量的方法多采用线性拟合或直接应用遥感反演的温度近似代替干球温度,但是由于下垫面复杂,导致误差较大。本文提出用支持向量机（SVM）模型进行干球温度推算。选择广西省南宁市为研究区域,首先通过遥感反演温度与气象实测温度的对比,证明了利用遥感数据推算干球温度的可能性。然后,构建了针对干球温度的SVM推算模型。最后,尝试了分别使用表观亮温和遥感反演地温作为SVM模型的输入进行干球温度的推算。结果表明,SVM模型推算的干球温度与实测值更为接近,和传统方法相比,精度得到明显提高;且用表观亮温进行推算更为简单,更适合业务化的应用。  
        关键词：亮度温度;干球温度;支持向量机;南宁   
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        发布时间：2021-06-10
      • 2015, 19(1): 179.
        摘要：<正>高分辨率对地观测系统利用天基、临近空间和航空平台的多种观测手段,实现对陆地、海洋、大气等各类对地观测信息的获取,其数据广泛应用于农业、林业、水利、国土、气象以及国家安全等众多领域。高分辨率对地观测系统重大专项（以下简称高分专项）是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中部署的16个重大专项之一,用于发展我国高分对地观测技术,构建我国高分对地观测体系,掌握高分对地观测信息自主权,促进形成空间信息产业链。高分专项重点发展基于卫星、飞机和平流层飞艇的高分辨率先进观测系统;形成时空协调、  
          
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        发布时间：2021-06-10
      • 2015, 19(1): 180.
        摘要：<正>中巴地球资源系列卫星（CBERS）由中国航天科技集团公司和巴西空间研究院联合研制,是中巴两国在航天科技领域合作的重要体现,被赞誉为"南南合作的典范",主要应用于国土、林业、水利、农情、环境保护等领域的监测,规划和管理。CBERS-04卫星配备有分辨率为5 m的全色、10 m的多光谱相机（PAN）,20 m的多光谱相机（MUX）,40 m/80 m的红外相机（IRS）以及分辨率为67 m的宽视场相机（WFI）,满足了获取持续稳定的中分辨率普查数据的迫切需求。  
          
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        发布时间：2021-06-10
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