改进的基于订正ALPHA差值谱的TES算法   总被引：2，自引：0，他引：2  

唐世浩  李小文  王锦地  朱启疆  张丽华 《中国科学D辑》2006,36(7):663-671

与可见光遥感不同, 热红外传感器测得的辐射亮度值是温度和发射率的函数, 因此, 对于热红外遥感, 温度和发射率的分离是一个关键问题. 热红外地表温度反演需要考虑的另一个问题是地表反射的大气下行辐射订正, 由于该项与地表发射率紧密联系在一起, 在地表发射率未知的情况下, 该项很难消去. 研究从普朗克方程的维恩近似出发, 引入Li和Becker等提出的大气下行辐射修正项, 以此为基础, 推导出与温度无关的改进ALPHA差值谱, 并进一步提出消除维恩近似影响的修正项. 在上述工作基础上, 借鉴ALPHA导出发射率法和ASTER TES算法的优点, 提出改进的基于订正ALPHA差值谱的TES算法(ICADS TES). 由于算法采用多光谱反演技术, 并且算法中包含波段差值、比值操作, 因而可以部分消除大气、仪器噪声等的影响, 具有良好的抗干扰能力. 采用不同大气条件、下垫面类型、地表温度组合的数值模拟实验表明, 算法具有很宽的适用范围和稳定性, 反演的温度精度一般在0~1.5 K之间, 平均发射率精度在0~0.015之间. 算法反演温度产品与ASTER数据下载中心 (Earth Observing System Data Gateway, EDG)提供的地表温度产品相比, 相关性非常好, 相关系数接近1.0, 产品直方图分布基本一致. 与现有发射率温度分离算法相比, ICADS TES算法的优点是适用的温度和下垫面范围宽, 不需要诸如地表分类、发射率方向性等先验信息支持, 计算结果不受参数设置影响, 更为客观. 由于该算法不需要下垫面类型先验信息支持, 可以避免其他算法中出现的因地表误分类、混合像元等问题引起的反演误差. 与作者此前提出的基于订正ALPHA差值谱的TES算法(CADS TES)相比, 算法考虑了大气下行辐射的影响, 在大气辐射特性已知的条件下, 可以获得更好的反演结果.  相似文献   

高光谱遥感数据的改正暗目标大气校正方法研究   总被引：6，自引：0，他引：6  

赵祥  梁顺林  刘素红  王锦地  秦军  厉青  李小文 《中国科学D辑》2007,37(12):1653-1659

高光谱遥感数据常用的大气校正方法均侧重于去除水汽及其他吸收气体的影响, 主要研究了从高光谱影像同时去除气溶胶与水汽影响的方法. 由于高光谱遥感数据波段众多, 常规暗目标方法一直难以适用于高光谱遥感数据的大气校正. 通过选取小麦作为新的暗目标对象, 着重讨论了使用多波段线性回归与插值的方法对常规暗目标方法进行改正使之充分利用高光谱的众多波段特性, 从而把改进的暗目标方法扩展应用于高光谱遥感数据的大气校正. 为了同时去除大气中水汽的影响, 大气校正全过程采用了循环迭代的算法. 以山东济宁地区EO-1卫星搭载的Hyperion高光谱数据为应用实例, 通过使用MODTRAN建立的查找表直接从影像估算出气溶胶与水汽含量, 实现了对该数据的大气校正. 大气校正的结果表明, 改正暗目标大气校正算法可以有效地对高光谱遥感数据进行大气校正.  相似文献   

基于热红外遥感影像的河流水温反演方法比较——以长江上游流域为例          下载免费PDF全文

石希  夏军强  孙健 《湖泊科学》2022,34(1):307-319

水温是影响河流生态环境的重要因素.传统水温观测手段受限于测站的地理位置,数据分布稀疏.近20年来随着热红外卫星传感器在空间分辨率上的革新,热红外遥感影像逐步被应用于反演河流水温,但目前相关研究聚焦于利用单颗卫星数据并使用单一水温反演方法而忽略与其他卫星以及处理方法做对比.本文以长江上游流域为例,分别评估了水文反演流程中3个步骤的差异对水温精度的影响:遥感数据(MODIS和Landsat)、大气校正方法(辐射传递模型法与JM&S单通道算法)和大气校正参数(Atmcorr和GEOS-5 FP-IT).研究结果表明:(ⅰ)MODIS数据因为空间分辨率较低并不能满足反演长江上游流域水温的需求;(ⅱ)由于长江上游流域大气水汽含量较高,JM&S单通道算法反演水温误差过大;(ⅲ)当流域拥有实测水温资料时,最佳反演流程是使用辐射传递模型法与Atmcorr大气校正参数反演Landsat水温并进一步使用逻辑回归模型校正数据,最终所得反演水温RMSE为1.0~1.1℃;(ⅳ)对于无测站流域,较适合的流程为使用辐射传递模型法和GEOS-5 FP-IT大气校正参数并设定大气校正参数阈值,最终反演水温RMSE为1.2℃.同时研究还表明大气透过率以及大气上行辐射强度是影响反演水温精度的主要因素.因此本文建议在对不同流域进行水温反演时应尽可能对上述两种参数进行敏感性分析.  相似文献   

乌梁素海沉水植物群落光谱特征及冠层水深影响分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

杜雨春子  青松  曹萌萌  袁瑞强  顺布日  郝艳玲 《湖泊科学》2020,32(4):1100-1115

沉水植物对于改善富营养化水体和重建水生生态系统起着至关重要的作用.应用遥感技术可以实时、大面积监测沉水植物的分布和生长情况,而冠层水深直接影响沉水植物在湖泊、河流中的准确遥感解译.本研究基于实测光谱数据,分析了乌梁素海沉水植物光谱特征,并研究了冠层水深对乌梁素海沉水植物反射光谱的影响,建立了乌梁素海沉水植物冠层水深反演模型.结果表明:1)挺水植物在短波红外1662 nm和2223 nm附近分别有一个反射峰,这是挺水植物区别于沉水植物和漂浮藻类的重要波段; 0深度沉水植物(WDC=0)与漂浮藻类的光谱反射率非常接近,但是在绿波段(550～690 nm)有明显差异,因此,可以利用绿波段和短波红外波段的光谱特征来区分挺水植物、沉水植物和漂浮藻类.2)沉水植物群落的光谱反射率随冠层水深的增加而降低,在700～900 nm波段范围内变化最为明显,且在700～735 nm波段附近,沉水植物群落光谱反射率与冠层水深呈显著负相关.3)在建立的单波段/波段比沉水植物冠层水深反演模型中,波段比反演模型要优于单波段反演模型,波段比反演模型的决定系数R2 0.70,均方根误差13.70 cm,平均相对误差28%,反演精度较好,适用于10～60 cm沉水植物冠层水深的反演.4)利用波段响应函数,将实测光谱反射率积分到Landsat-8 OLI波段上,建立OLI了冠层水深反演模型,其中,波段比幂函数模型反演效果最好,R2为0.49,均方根误差为18.17 cm,平均相对误差40.05%.可用于精确大气校正后乌梁素海沉水植物冠层水深的反演.  相似文献   

MODIS影像的大气校正及在太湖蓝藻监测中的应用   总被引：7，自引：0，他引：7       下载免费PDF全文

李国砚  张仲元  郑艳芬  刘晓玫 《湖泊科学》2008,20(2):160-166

MODIS 数据有免费、波段丰富、时间分辨率高等优点,是进行太湖蓝藻监测的重要数据源,由于MODIS传感器接收的是地物反射太阳辐射的信号,太阳辐射与地球大气的相互作用会引起传感器接收到的信号失真,为了提高利用MODIS数据监测太湖蓝藻的精度,必须对其进行大气校正.本文介绍了FIAASH大气校正模型的基本原理,并对2007年4月25日MODIS数据的前七个波段进行试验,对比分析了影像大气校正前后的NDVI值以检测大气校正的效果;分析表明,大气校正前后NDVI的变化趋势基本上相同,但大气校正后的NDVI动态范围更大,校正后NDVI的平均值和标准差增大,大气校正在一定程度上有效地降低了大气对遥感影像的影响,达到了增强信息的目的;最后,利用大气校正获取的地表真实反射率数据的第二波段与第一波段的比值,运用阈值法提取蓝藻信息,经试验当阈值为1.9时提取出来的蓝藻分布图基本上与实际相符.利用MODIS影像可以快速、及时地监测蓝藻爆发的位置及爆发程度.  相似文献   

基于相关性的热红外温度与发射率分离算法   总被引：1，自引：0，他引：1  

程洁  柳钦火  李小文  肖青  刘强  杜永明 《中国科学D辑》2008,38(2):261-272

在分析地面测量大气下行辐射和地表发射率之间关系的基础上，给出了针对热红外高光谱数据温度与发射率分离过程中地表温度优化的相关性判据，提出了基于相关性的温度与发射率分离算法（the Correlation Based Temperature Emissivity Separation Algorithm，CBTES）。该算法利用大气下行辐射和地表发射率之间的相关性优化地表温度，进而获得地表发射率。基于模拟的热红外高光谱数据，对CBTES算法的精度进行分析，结果表明CBTES算法具有较高的温度与发射率反演精度；并与光谱迭代平滑温度发射率分离算法（ISSTES）进行比较，发现CBTES算法具有和ISSTES算法相当的精度。此外，CBTES算法具有一定的抗噪性，对测量过程中大气下行辐射的变化不敏感；对于非同温像元，当其发射率定义为r-emissivity时，其辐射温度是对波数缓慢变化的，假设在比较窄的光谱区间内辐射温度近似不变，可以用CBTES算法反演非同温像元在窄光谱区间内的等效温度，在714-1250cm^-1。光谱区间内多个窄光谱区间反演的等效温度可以较好的刻画非同温像元辐射温度的变化趋势。  相似文献   

应用实测光谱估算千岛湖夏季叶绿素a浓度   总被引：4，自引：2，他引：2  

高玉蓉  刘明亮  吴志旭  何剑波  虞左明 《湖泊科学》2012,24(4):553-561

依据2010年8月的实测数据构建了千岛湖水体夏季叶绿素a浓度的实测光谱数据估算模型,并进行了验证.利用ASD FieldSpec3野外光谱仪获取高光谱数据,计算水体离水辐亮度和遥感反射率.通过寻找反演水体叶绿素a浓度的高光谱敏感波段,采用单波段相关分析、波段比值、微分光谱、三波段模型、BP人工神经网络等多种算法进行比较分析,结果表明:叶绿素a浓度与单波段光谱反射率的相关性不大;596 nm和489 nm波长处反射率比值、545 nm处光谱一阶微分与叶绿素a浓度均呈较显著相关,估测模型决定系数R2分别为0.782、0.590,RMSE分别为0.89、1.98μg/L;三波段模型的反演结果优于传统的波段比值和一阶微分法,R2为0.838,RMSE为0.71μg/L;神经网络模型大大提高了叶绿素a浓度的反演精度,R2高达0.942,RMSE为0.63μg/L.本研究为今后在千岛湖水域的夏季相邻月份进行叶绿素a浓度大范围遥感反演研究奠定了基础.  相似文献   

混合藻类高光谱特征及其叶绿素a分离定量模型   总被引：1，自引：1，他引：0       下载免费PDF全文

张俊  李爱民  王学军 《湖泊科学》2010,22(3):349-356

利用地物高光谱遥感技术,在室内进行小球藻、聚球藻及其混合藻高光谱测量.得到这3组藻的反射光谱特征,同时进行叶绿素a(Chl.a)浓度测量.利用Matlab软件中的神经网络工具箱对得到的高光谱数据进行了曲线拟合.并用拟合结果和光谱测量实际结果分别建立了两种单一藻类的定量模型单一小球藻Chl.a最优的定量模型为用反射率实际值建立的小球藻单波段反射率模型Chl.a=1×10~7(R_(687))~2-37016R_(687)+53.64.单一聚球藻Chl.a最优的定量模型为利用反射率实际值建立的聚球藻两波段模型Chl.a=853 15×[R~(-1)(669)-R~(-1)(730)]×R(730)+505.78.在对两种单一藻类定量模型研究的基础上分别用单波段反射率分离模型、三波段分离模型和两波段分离模型对由小球藻和聚球藻组成的混合藻进行了Chl.a浓度分离.其中单波段反射率分离模型和两波段分离模型得到了较好的分离结果,单波段反射率分离模型结果要优于两波段分离模型结果.利用神经网络模型拟合值构建的模型要优于直接用反射率测量值构建的模型,而三波段分离模型的分离结果不理想,不适用于本研究.  相似文献   

基于多角度热红外遥感的混合像元组分温度演化反演方法   总被引：19，自引：3，他引：16  

徐希孺  陈良富  庄家礼 《中国科学D辑》2001,31(1):81-88

研究了多年来热红外多通道遥感反演陆面温度的成果后指出, 由于通道间信息高度相关, 以及不能直接反演混合像元组分温度, 所以它的反演精度及应用价值都受到极大的限制. 在建立非同温混合像元热辐射方向性模型基础上, 指出热红外多角度遥感提供了直接反演组分温度的可能性, 但这是一个多参数的同步反演问题. 通过数值模拟和实验验证表明, 演化算法是一个行之有效的多参数同步反演方法. 热红外多角度遥感与演化反演算法结合有望实现组分温度反演精度达到1 K以内的目的.  相似文献   

基于精确Zoeppritz方程三变量柯西分布先验约束的广义线性AVO反演   总被引：6，自引：4，他引：2       下载免费PDF全文

张丰麒  魏福吉  王彦春  王伟俊  李岩 《地球物理学报》2013,56(6):2098-2115

常规AVO三参数反演是通过Zoeppritz方程的近似公式来建立AVO正演模拟的过程,然而在P波入射角过临界角和弹性参数在纵向上变化剧烈的情况下,Zoeppritz方程近似公式精度有限.针对这种情况,可以使用精确的Zoeppritz方程来构建反演目标函数,由于精确Zoeppritz方程中P波反射系数和弹性参数之间是一种复杂的非线性关系,通常解决途径是利用非线性的优化算法来进行数值计算,但是非线性优化算法的缺点是计算量过大;另外一种途径是利用广义线性反演的方法,通过泰勒一阶展开式将P波反射振幅展开后,用线性关系近似表达非线性关系,经过几次迭代后,在理论上可以达到很高的精度,但是广义线性反演算法的核心部分--Jacobian矩阵由于矩阵条件数过大,往往会造成反演算法的不稳定,其应用范围得到了限制.贝叶斯反演方法是通过引入模型参数的先验分布结合噪声的似然函数,生成模型参数的后验分布,通过求取模型参数的最大后验概率分布来得到模型参数的反演解,由于引入模型参数的先验分布信息,可以有效的降低反演的不适定问题.本文将两种反演算法的思想相结合,利用广义线性反演算法的思想,构建AVO正演模拟的过程来提高大角度地震数据反演的精度,同时结合贝叶斯理论,通过引入模型参数的先验分布信息构建反演目标函数的正则化项,可以有效降低由于Jacob矩阵条件数过大带来的反演不适定问题,该算法假设模型参数服从三变量柯西分布.  相似文献   

Detection of the urban heat island in Beijing using HJ-1B satellite imagery     

Yang  Jun  Gong  Peng  Zhou  JinXing  Huang  HuaBing  Wang  Lei 《中国科学:地球科学(英文版)》2011,53(1):67-73

Satellite images are used extensively in studying the urban heat island (UHI) phenomenon. We evaluated the suitability of thermal infrared (TIR) data from the HJ-1B satellite for detecting UHI using a case study in Beijing. Two modified algorithms for retrieving the land surface temperature (LST) from HJ-1B data were tested. The results were compared with LST images derived from a Landsat TM thermal band and the MODIS LST output. The spatial pattern of UHI generated using HJ-1B data matched well with that produced using TM and MODIS data. Of the two algorithms, the mono-window algorithm performed better but further tests are necessary. With more frequent coverage than TM and higher spatial resolution than MODIS, the HJ-1B TIR data present a unique opportunity to study thermal environments in cities in China and neighboring countries.

  相似文献   

Detection of the urban heat island in Beijing using HJ-1B satellite imagery     

Jun Yang  Peng Gong  JinXing Zhou  HuaBing Huang  Lei Wang 《中国科学:地球科学(英文版)》2010,53(1):67-73

Satellite images are used extensively in studying the urban heat island (UHI) phenomenon. We evaluated the suitability of thermal infrared (TIR) data from the HJ-1B satellite for detecting UHI using a case study in Beijing. Two modified algorithms for retrieving the land surface temperature (LST) from HJ-1B data were tested. The results were compared with LST images derived from a Landsat TM thermal band and the MODIS LST output. The spatial pattern of UHI generated using HJ-1B data matched well with that produced using TM and MODIS data. Of the two algorithms, the mono-window algorithm performed better but further tests are necessary. With more frequent coverage than TM and higher spatial resolution than MODIS, the HJ-1B TIR data present a unique opportunity to study thermal environments in cities in China and neighboring countries.  相似文献   

Spatio-temporal exploratory analysis of urban surface temperature field in Shanghai, China   总被引：1，自引：0，他引：1  

Xiaoyan Dai  Zhongyang Guo  Liquan Zhang  Dan Li 《Stochastic Environmental Research and Risk Assessment (SERRA)》2010,24(2):247-257

The integrated application of remote sensing, geographic information system and quantitative analytical modeling can provide scientific and effective methods for monitoring and studying urban heat island, based on land surface temperature (LST) retrieved from thermal infrared channel data of sensors. In this paper, LST is retrieved from Landsat TM6 and ETM + 6 data of Shanghai central city in 1989, 1997, 2000 and 2002, by using the mono-window algorithm. Based on the data, global and local spatial autocorrelation analysis, and geostatistical methods are adopted to quantitatively describe the characteristics of spatial heterogeneity and temporal evolution of land surface thermal landscape at different scales and periods in Shanghai central city, by utilizing exploratory spatial data analysis. Results show that LST field in Shanghai central city tends to fragmentize and complicate with the development of Shanghai, and its global spatial difference becomes greater gradually. The spatial variance pattern of the change of LST field from 1997 to 2002 indicates that the dynamic change of LST presents a tendency of increase in circularity. LST declines distinctly in the districts of Puxi and Pudong near and inside the inner ring road, while it rises obviously outside the central city and near the out ring road. The extrema of temporal change in LST field have a characteristic of spatial clustering. Besides, as the city of Shanghai expands in a circular pattern as a whole, the directional difference of dynamic change of urban surface thermal landscape exists but is not very obvious.  相似文献   

Effects of polarization calibration on aerosol optical depth retrieval: An ocean case sensitivity analysis     

《中国科学:地球科学(英文版)》2015,(6)

Reflectance measurements of both the visible and infrared bands of passive remote sensing sensors are widely used to retrieve aerosol optical depth(AOD) information. This is performed commonly for data obtained over both ocean and land, and these measurements allow for the off line development of a lookup table using radiative transfer models. Owing to molecular and aerosol effects, the reflected light received by the sensor is usually highly polarized. The linear polarization effect may be up to 100%, and the polarization factor of a sensor optical system will change the total intensity as well as the polarization status of the signal reaching the detector. The detector response will be different when the incident light polarization status changes, even if the total intensity remains constant. However, if the polarization calibration is neglected, it will cause obvious errors in the aerosol data retrieval. This is especially true for aerosol optical depth retrieval over an ocean. This measurement relies directly on the reflectance output of the sensor. Cases involving land surfaces are not discussed herein because the inhomogeneous properties conceal the error due to polarization. Taking the 550 and 860 nm bands as examples, the difference between the real top-of-atmosphere(TOA) reflectance and the reflectance reaching the detector is calculated using three different sensor polarization standards according to the Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor(Sea Wi FS) and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) standards. The differences in AOD retrieval are also demonstrated using the lookup table developed previously from a vector radiative transfer code. The results reveal that under a normal situation in which the AOD is 0.15, the maximum AOD retrieval error could reach 0.04 in 550 nm but only 0.02 in 860 nm for the dust aerosol model. For the soot aerosol model, the maximum AOD retrieval error is 0.1 in 550 nm and 0.12 in 860 nm, indicating that the lack of polarization calibration will lead to large errors in aerosol retrieval over an ocean.  相似文献   

查干湖冰封期光谱特征及影响因素          下载免费PDF全文

石晓光  杨倩  周超  纪文政  陶锋  李维邦  赵瑞雪  林楠 《湖泊科学》2023,35(4):1491-1500

湖冰光谱特征是湖冰遥感反演的物理基础，是研究湖冰光学特性和空间分布的理论依据。本文以查干湖为例，使用ASD Field Spec 4便携式地物光谱仪采集冰封期不同类型湖冰、积雪和水体光谱，利用Savitzky-Golay滤波法和包络线去除法分析白冰、灰冰、黑冰、雪冰、积雪和水体的反射光谱特征，探索气泡对湖冰反射光谱特征的影响。积雪和雪冰、白冰和灰冰、黑冰和水体的反射特征随着波长的变化特征基本一致，冰的反射率介于积雪和水体之间，其中白冰的反射率高于灰冰和黑冰，在包络线去除结果中，黑冰和水体在440 nm吸收谷处的吸收面积为5.184和10.878、吸收深度为0.052和0.106，雪、雪冰、白冰、灰冰在800和1030 nm吸收谷处的吸收面积和吸收深度的变化表现为雪<雪冰<灰冰<白冰。气泡是影响湖冰光谱特征的重要因素，气泡使白冰反射率减小和黑冰反射率增大，并且气泡使得白冰在800/1030nm和黑冰在440 nm处的吸收面积和吸收深度减小，其中气泡大小和疏密程度的不同会导致湖冰反射率的影响程度存在差异。同时，本文选取时间同步的Landsat 8 OLI遥感影像，在完成辐...  相似文献   

Estimating turbidity and total suspended matter in the Adour River plume (South Bay of Biscay) using MODIS 250-m imagery     

Caroline Petus  Guillem Chust  Francis Gohin  David Doxaran  Jean-Marie Froidefond  Yolanda Sagarminaga 《Continental Shelf Research》2010

The Basque coastal waters (South Bay of Biscay) are directly influenced by the Adour River freshwater plume. The Adour outflow leads to important variations of suspended matter concentrations and turbidity, which in turn may affect biological productivity and water quality. This study aims at both developing specific algorithms and testing the efficiency of atmospherically corrected MODIS-Aqua 250-m surface reflectance product (MYD09) to map total suspended matter concentrations and turbidity within the Adour coastal region. First, regional empirical algorithms based on in-situ data were tested to retrieve the concentration of total suspended matter and turbidity from the remote sensing reflectance. Then, the respective sensitivity of MODIS surface reflectance bands 1 and 2 for water quality application was investigated as well as the quality of atmospheric corrections. Finally, selected algorithms were applied to the MYD09 product. The resulting 250-m resolution maps were then compared to 1000-m maps produced by IFREMER and comparisons between satellite measurements and in-situ sampling points were performed. Results show that MODIS-Aqua band 1 (620–670 nm) is appropriate for predicting turbidity and total suspended matter concentrations using polynomial regression models, whilst band 2 is unadapted. Comparison between total suspended matter concentration 250-m resolution maps and mineral suspended matter 1000-m maps (generated by IFREMER) produced consistent results. A high correlation was obtained between turbidity measured in-situ and turbidity retrieved from MODIS-Aqua satellite data.  相似文献   

Can satellite land surface temperature data be used similarly to river discharge measurements for distributed hydrological model calibration?     

C. Corbari  M. Mancini  J. Li  Z. Su 《水文科学杂志》2013,58(2):202-217

Abstract

A new methodology is proposed for the calibration of distributed hydrological models at the basin scale by constraining an internal model variable using satellite data of land surface temperature (LST). The model algorithm solves the system of energy and mass balances in terms of a representative equilibrium temperature that governs the fluxes of energy and mass over the basin domain. This equilibrium surface temperature, which is a critical model state variable, is compared to operational satellite LST, while calibrating soil hydraulic parameters and vegetation variables differently in each pixel, minimizing the errors. This procedure is compared to the traditional calibration using only discharge measurements. The distributed energy water balance model, Flash-flood Event-based Spatially-distributed rainfall–runoff Transformation – Energy Water Balance model (FEST-EWB), is used to test this approach. This methodology is applied to the Upper Yangtze River basin (China) using MODIS LST retrieved from satellite data in the framework of the NRSCC-ESA DRAGON-2 Programme. The calibration procedure based on LST seems to outperform the calibration based on discharge, with lower relative error and higher Nash-Sutcliffe efficiency index on cumulated volume.