基于时间序列MODIS影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化_邬国锋
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(2): 288-297 https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,. E-mail: jlakes@https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html, ?2009 by Journal of Lake Sciences
基于时间序列 MODIS 影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化*
邬国锋 1, 崔丽娟 2**, 纪伟涛 3
(1: 武汉大学资源与环境科学学院, 教育部地理信息系统重点实验室, 武汉 430079) (2: 中国林业科学研究院林业研究所, 国家林业局林木培育重点实验室, 北京 100091) (3: 鄱阳湖国家级自然保护区管理局, 南昌 330038) 摘 要: 悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数之一, 获得其在空间和时间上的分布信息对于理解、管理和保护湖泊生态系统
是必要的. 此研究旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的鄱阳湖悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演 2000-2007 年鄱阳湖丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征并对引起这些变化的原因进行讨论. 研究结 果揭示: MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性(R2=0.92, s.e.=12.02mg/L, F=154.30, P<0.001), 可以用于 鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度的反演; 自 2000-2007 年间, 鄱阳湖悬浮泥沙浓度呈明显的时间和空间分布特征, 在南部水体悬 浮泥沙浓度无明显变化, 在北部呈增加趋势, 而中部水体泥沙浓度波动较大; 鄱阳湖北部的采砂活动是导致此区域悬浮泥沙 浓度增加的主要原因, 其与长江江水倒灌鄱阳湖共同作用引起鄱阳湖中部泥沙浓度的波动, 抚河、信江和饶河输沙量的非显 著变化也导致南部鄱阳湖水体悬浮泥沙浓度的非显著变化. 关键词: 鄱阳湖; MODIS; 悬浮泥沙浓度; 反演; 变化分析
Time-series MODIS images-based retrieval and change analysis of suspended sediment concentration during flood period in Lake Poyang
WU Guofeng1, CUI Lijuan2 & JI Weitao3
(1: School of Resource and Environmental Science & Key Laboratory of Geographic Information System of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, P.R.China) (2: Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry & Laboratory of Tree Breeding and Cultivation, State Forestry Administration, Beijing 100091, P.R.China) (3: Bureau of Jiangxi Lake Poyang National Nature Reserve, Nanchang 330008, P.R.China)
Abstract: Suspended sediment concentration (SSC) is one of important indicators for describing water quality, and obtaining its spatial and temporal distribution information is necessary for understanding, managing and protecting lake ecosystems. This study aimed to developed the Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) image-based SSC retrieval model for Lake Poyang, used the model to predict the SSC of Lake Poyang during the flood period from 2000 to 2007, analyzed its spatial and temporal change characteristics and further discussed the causes to induce these changes. The results revealed that: the red band of MODIS Terra was significantly related to the SSC (R2= 0.92, s.e.=12.02mg/L, F=154.30, P<0.001), and it may be applied to retrieve the SSC of Lake Poyang during the flood period. The SSC of Lake Poyang showed clear spatial and temporal distribution characteristics from 2000 to 2007, while the SSC had no clear change in the south, increased in the north and fluctuated largely in the centre of the lake. The dredging activities in the northern Lake Poyang was the main cause inducing the increased SSC in this region, and mixed with water backflow from the Yangtze River to Lake Poyang which resulted in the fluctuation of SSC in the centre. Non-significant change
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国家林业局“948”项目, 湿地自然保护区环境监测分析技术引进项目(2004-4-34)资助. 2008-05-30收稿; 2008-09-14收 修改稿. 邬国锋, 男, 副教授; E-mail: guofengwu@https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,.
** 通讯作者; E-mail: lkyclj@https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,.
邬国锋等: 基于时间序列 MODIS 影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化
of sediments from Rivers Fuhe, Xinjiang and Raohe caused the non-significant change of SSC in the south lake. Keywords: Lake Poyang; MODIS; suspended sediment concentration; retrieval; change analysis
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湖泊在经济、旅游、娱乐以及生物多样性保护等方面承担着多种非常重要的功能[1], 这些功能实施 的成败在很大程度上受水质的影响 . 因此 , 水质监测和保护对保持湖泊功能的可持续性是必不可少的 . 悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数之一[2-4], 高悬浮泥沙浓度对水体的生态环境带来一定的影响, 例如 传输养分和污染物[5-6]和消弱光在水体内的传播[7-8]. 其中, 光的消弱将影响水生植物的生长[9-10], 进而影 响整个湖泊生态系统[11]. 因此, 获得悬浮泥沙浓度在空间和时间上的分布信息对于理解、管理和保护湖 泊生态系统是必要的. 遥感技术已经广泛地用于悬浮泥沙浓度的估计. 例如, Nellis 等[12]以及 Keiner 和 Yan[13]分别利用 Landsat TM 影像反演美国 Tuttle Creek 水库和 Delaware 湾的悬浮泥沙浓度, Tyler 等[14]借助 TM 影像估计 欧洲 Balaton 湖的悬浮泥沙浓度. 然而, 由于悬浮泥沙浓度在一些区域具有快速变化的特点, 同时鉴于重 复周期(16d)的限制, TM 影像对于这样的动态变化监测并不非常适合. 另外, 在世界的很多区域, 频繁的 云层覆盖减少实际可用的影像数目, 这将进一步限制 TM 影像在动态监测悬浮泥沙浓度领域的应用[15]. Islam 等[16]和 Ruhl 等[17]使用改进型甚高分辨率扫描辐射仪(AVHRR)影像分别在孟加拉国的 Ganges 和 Brahmaputra 河流以及美国的 San Francisco 湾预测水体的悬浮泥沙浓度. 尽管 AVHRR 影像具有非常高的 时间分辨率(每天超过 4 次), 但其低的空间分辨率(1.1km)限制了它在面积较小水域的应用. 中分辨率成 像光谱仪(MODIS), 因其中等的空间分辨率(红和红外波段为 250m)、日重复周期、高度的敏感性以及免 费下载等优点[18-19], 在动态监测悬浮泥沙浓度方面具有非常大的应用潜力. 国内外很多的研究人员已经 在不同地区对这样的潜力进行了尝试, 例如, Hu 等[3]、 Miller 和 McKee[18], Sipelgas 等[20], Li 等[21]以及 Yan 和 Tang[22]等分别在美国、芬兰、非洲、中国和印度利用 MODIS 影像进行悬浮泥沙浓度的反演, 还有学 者基于 MODIS 影像在长江南京段、福建近岸海域、黄海及东海海域和长江口反演悬浮泥沙浓度[23-26]. 鄱阳湖是当前中国第一大 淡 水湖 , 也 是水质 最好 的湖泊之一 . 近 年 来 , 随 着鄱阳湖流域经济的快速 发展, 鄱阳湖水体的污染情况日趋严重. 据江西省水环境监测部门监测, 2002 年鄱阳湖水质Ⅲ类水以上的 比例占 99.7%, 而 2006 年下降到 82.1%, 基本上呈逐年下降趋势. 鄱阳湖的水质和污染问题一直受到多方 的高度 关注 , 保护鄱阳湖这一湖 清 水是当前鄱阳湖管理和保护 工作 的重点之一 . 基于 野 外水样 采集-实 验室分析这样传统方法—悬浮泥沙浓度监测已经在鄱阳湖水域或其流域不同程度地展开, 但这样的监 测方法很难反映悬浮泥沙浓度在空间上的连续变化情况. 同时, 遥感技术在鄱阳湖水域悬浮泥沙浓度监 测方面的应用研究还 处 于 探索阶 段 . 因此 , 基于鄱阳湖当前的 情况 以及目前监测 手 段的 局 限性 , 此研究 旨在建立基于 MODIS 影像的鄱阳湖悬浮泥沙浓度反演模型, 并用建立的模型反演 2000-2007 年鄱阳湖 丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析泥沙浓度在时间和空间上的变化特征并对引起浓度变化的原因进行分析.
1 数据
1.1 研究区域 鄱阳湖(东经 115°50′-116°44′, 北纬 28°25′-29°45′)位于江西省北部、长江中下游南岸, 其承赣江、抚 河、信江、饶河以及修河等江河来水, 经调蓄后由湖口注入长江, 是一个过水性、吞吐型、季节性的湖 泊, 具有“高水是湖、低水似河”独特的自然地理景观, 枯水期面积 1290km2, 平水期面积 2797km2, 丰 水期面积 3900km2, 其湿地面积占江西省湿地总面积的 97.2%. 鄱阳湖是长江流域最大的天然洪水调蓄 区、长江中下游的重要水源地、我国最大的淡水鱼产区和鱼类种质资源库、世界著名的候鸟越冬栖息地[27], 也是中国第一批列入“国际最重要湿地名录”的湿地之一, 其社会、经济和生态地位极其重要. 1.2 水样采集及悬浮泥沙浓度的实验室分析 利用覆盖鄱阳湖 2005 年 10 月 31 日的 Landsat TM 影像目视分析鄱阳湖水体悬浮泥沙浓度的空间分 布特征, 然后根据分析的结果进行水样采样样线和 42 个样点的设计(图 1). 在 2007 年 9 月 27 日根据设计 的 采 样方 案 进行水样的 收集 . 在 野 外水样 收集 时 , 通 过 全球 定 位 系统 (GPS) 使 采 样 船只 定 位到 预 先设 计
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的采样点, 然后借助水样采集器在 0.3-0.5m 水深处进行水样的采集. 水样采集之后, 在 24h 之内运回实验 室 , 并 根据 悬浮泥沙实 验室分 析标准 进行每个水样的悬浮泥沙浓度的计 算 . 另外 , 武汉 大学 陈晓玲教授 提供了 2005 年 7 月 3-4 日的鄱阳湖悬浮泥沙采样分析结果, 9 个样点的分布如图 1 所示, 信息包括采样 点的经纬度和悬浮泥沙浓度, 用此独立数据对建立的模型进行检验.
116°00'E
图 1 MODIS Terra 影像(获取时间: 2007 年 9 月 27 日)红波段影像显示用于建立( ) 和评价(×)悬浮泥沙浓度反演模型的水样采样点 Fig.1 Red band of MODIS Terra image (captured on 27th September, 2007) showing the sampling sites for developing (+) and validating (×) suspended sediment concentration retrieval model 1.3 MODIS 影像 为 了 反 演 和 分 析 鄱 阳 湖 丰 水 期 悬 浮 泥 沙 浓 度 , 借 助 NASA 的 Earth Observing System Data Gateway(https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,/pub/imswelcome) 下载了覆盖鄱阳湖地区 2000-2007 年 7-9 月 的 MODIS Terra 地面反射率产品, 除 2007 年 8 月无质量好的影像之外, 其它月份各一景. 此产品包含了经 过大气校正的 250m 和 500m MODIS 红、 红外、 蓝和绿波段的地面反射率(关于此产品的详细信息请参照: https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,). 对下载的影像 作 如下预 处 理 : 首先把所 有影像的 投 影方 式转换 为 WGS84/UTM 投影; 然后裁剪出只包括鄱阳湖的矩形范围内的影像; 其次, 对空间分辨率为 500m 的 3、4 波段(蓝、绿) 进行空间重采样, 使其与 1、2 波段(红、红外)的空间分辨率(250m)一致, 然后合并 1-4 波段形成一个影 像文件, 以便后续的处理; 最后, 进行影像的非监督分类以及目视判读, 确定水域, 制作掩膜层, 并利用 掩膜层进行图像的掩膜操作, 提取水域.
2 方法
2.1 悬浮泥沙浓度反演 首先, 借助 Statistica 6.0 软件, 利用 2007 年 9 月 27 日的 MODIS Terra 影像和同一天野外采集的悬浮 泥沙浓度数据进行了如下模型的测试, 以发现最适合的反演模型: (1)悬浮泥沙浓度或其自然对数变换值与波段或波段自然对数变换值的单变量线性和非线性模型: 包
邬国锋等: 基于时间序列 MODIS 影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化 括 Linear( 线 性 ) 、 Logarithmic( 对数 ) 、 Inverse( 倒 数)、Quadratic(二次)、Cubic(三次)、Power(幂)、 Compound(复合)、 S-curve(S-曲线)、 Growth(增长) 和 Exponential(指数)模型; (2) 悬浮泥沙浓度 或 其 自 然对数变 换值与任 意两波段或两波段自然对数变换比值的单变量线 性和非线性模型, 使用的模型与上同. 然后, 利用发现的最适合模型和 2005 年 7 月 5 日的 MODIS 影像反演当日的鄱阳湖悬浮泥沙 浓度, 并与 2005 年 7 月 3-4 日的鄱阳湖悬浮泥沙 采 样分 析结果 进行 比 较分 析 , 评价模 型的 精 度 . 最后, 利用最适合的反演模型对鄱阳湖 2000-2007 年 7-9 月的悬浮泥沙浓度进行预测. 2.2 悬浮泥沙浓度分析 利用定义的位于鄱阳湖北部、中部和南部的 3 个采样区域(图 2), 针对从每景 MODIS 影像反 演的悬浮泥沙浓度, 分别计算这些区域内的平均 悬浮泥沙浓度, 用以代表 2000-2007 年 7-9 月鄱 阳湖丰水期的悬浮泥沙分布情况; 分析不同时期 悬浮泥沙浓度在鄱阳湖北部、中部和南部的空间 分布格局, 进而分析 2000-2007 年悬浮泥沙浓度 在鄱阳湖不同区域的动态变化情况, 并分析引起 产生这种空间和时间变化的潜在原因.
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图 2 用于估算鄱阳湖北部、中部和南部平均悬浮 泥沙浓度的采样区域(黑色网格区域) Fig.2 Sampling regions (identified by black grids) used for estimating average suspended sediment concentrations in the northern, central and southern Lake Poyang
3 结果及讨论
表 1 列举了利用 2007 年 9 月 27 日野外采集的悬浮泥沙浓度数据和同日 MODIS Terra 250m 影像的 红、红外波段、两波段比及泥沙指数之间的最适合回归模型, 发现 MODIS Terra 的 250m 红波段的三次 模型能够最好地解释鄱阳湖水体的悬浮泥沙浓度(SSC). 利用 2005 年 7 月 3-4 日的野外采集悬浮泥沙浓 度数据和 2005 年 7 月 5 日的 MODIS Terra 影像对模型的检验, 结果显示野外实测值与模型反演值之间的 相关系数为 0.94, P<0.01, 表明它们之间具有强相关性, 误差标准差为 17.34mg/L, 尽管采样时间和影像反 表 1 悬浮泥沙浓度分别与 MODIS Terra 影像 250m 的红(R)、红外(IR)波段、两波段比(IR/R) 及泥沙指数(SI=(R-IR)/(R+IR))之间的最适合回归模型 Tab.1 The best fitting regression models between suspended sediment concentration (SSC) and reflectance of 250m red band (R), infrared band (IR), band ratio (IR/R) and sediment index (SI=(R-IR)/(R+IR)) of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) Terra 反演模型 SSC=-15.67+1005.29R-15858.70R +86236.23R
2 3
R2 0.92 0.89 0.78 0.77
s.e. 12.02 13.67 19.87 20.08
F 154.30 116.42 72.16 47.16
SSC=1.58-221.83IR+39137.48IR2-217651.00IR3 SSC=11.87-251.98(IR/R)+1054.74(IR/R)
2
SSC=635.56-2170.77SI+2416.64SI2-872.89SI3 * s.e.表示误差标准差, 样本数目为 42, P<0.001.
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演鄱阳湖悬浮泥沙浓度 , 但 仍旧 不能保 证 其在不同 季节 的 普遍 适应性 . 原 因有 二 : 一是不同 季节 的获 取时间有 1-2d 的间隔, 模型还是获得了比较理想的结果(图 3). 此经验模型在高水位季节比较理想地水 体 组 分不同 , 从 而对应的经 验模 型 也存 在 差 别; 二是不同季节的大气环境不同, 尽管 MODIS 地面反射 率 产品 经过 严格 的大 气校正, 但其是 从全球的 角 度进行 考虑 , 针 对一个特定的小区域难 免 存 在 误差. 大 气校正一直是内陆水色定量遥感中最重要的、也是最困难的环节, 目前还没有成熟的针对内陆水体的大 气校正方法存在, 探索可行的内陆水体大气校正方法将有助于模型精度的提高.
图 3 实测与反演悬浮泥沙浓度的对比散点图 Fig.3 Scatter plot of measured vs. retrieved suspended sediment concentration 利用建立的模型, 分别对鄱阳湖 2000-2007 年 7-9 月的悬浮泥沙浓度进行反演, 图 4 描述了这期间 悬浮泥沙浓度在时间和空间上的分布和变化情况. 图 5 显示了从图 4 计算得到的鄱阳湖北部、中部和南部采样区域 2000-2007 年 7-9 月平均悬浮泥沙 浓度在时间上和空间上的变化情况. 从年度空间变化的角度, 从 2000-2002 年悬浮泥沙浓度在鄱阳湖的 北部、中部和南部变化较小, 位于 0-40mg/L 之间, 而大部分时间介于 0-20mg/L 之间; 而从 2003-2007 年, 这样的空间分布差别增大, 在鄱阳湖南部泥沙浓度位于 0-10mg/L 之间, 而在北部大于 20mg/L, 有的 时间甚至高达 180mg/L. 从随时间变化的角度, 在鄱阳湖的南部 2000-2007 年之间泥沙浓度基本保持一 致, 无明显的变化; 而在鄱阳湖的北部呈增加的趋势, 从 2000-2002 年的 0-20mg/L 到 2003-2007 年的大 约 30-190mg/L 左右; 在鄱阳湖的中部, 大部分时间与鄱阳湖南部的泥沙浓度比较一致, 而在一些特定时 间具有明显的增加趋势, 如 2004、2006 和 2007 年. 近年来由于长江经济带建设的快速发展, 建筑砂石需求量大增, 同时长江中下游干流河道全线禁采 江砂以及采砂所带来的可观的经济利益等原因驱动, 鄱阳湖北部的采砂业自 2001 年以来迅速兴起[28]. 采 砂活动引起沉积泥沙的再悬浮, 增加悬浮泥沙浓度, 进而引起采砂区水体透明度的下降. Wu 等[29]研究发 现 2000-2005 年鄱阳湖砂山至湖口区域夏秋季水体平均透明度随着船只数目的增加而显著下降. 但这种 相关性并不意味着采砂活动与水体透明度下降之间的因果关系, 因为降雨、风以及其它因素同样也可以 降低水体透明度. 然而, 通过对船只最终目的地以及船只分布与水体透明度变化的一致性等方面的分析, 可以确认采砂是引起此区域水体透明度下降的主要原因[29]. 鄱阳湖的水体透明度和悬浮泥沙浓度具有显 著的负相关性[30], 因此可以推断鄱阳湖北部区域的采砂活动引起此区域的悬浮泥沙浓度的增加.
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图 4 基于 MODIS 的 2000-2007 年 7-9 月份鄱阳湖悬浮泥沙浓度 Fig.4 MODIS-based suspended sediment concentration from June to September, 2000-2007 in Lake Poyang 由于长江和鄱阳湖流域 主汛 期不同 , 在每 年 7-9 月 , 长江江水 倒 灌 鄱阳湖 现 象 时有 发 生 [31]. 据 1954-1998 年的统计数据, 这 45 年中有 37 年发生江水倒灌[32]. 据 1956-2000 年统计数据显示每年平均倒 灌 2.5 次, 平均持续 14d. 自 2001 年以来, 鄱阳湖北部区域的采砂活动引起悬浮泥沙浓度的增加, 如果这 期间 倒 灌 发 生, 长江水将 推动鄱阳湖 北部 的浑浊 水体 向 南移 动 , 到达 鄱阳湖的中 部 , 增 加这些影响区域 的悬浮泥沙浓度 , 当 倒灌停止 之 后 , 影响并 没 有 停止 , 因为受影响区域的悬浮泥沙浓度 需 要一段时间 恢 复. 在 2004、2006 和 2007 年个别时期鄱阳湖中部悬浮泥沙浓度显著增加, 这些时期与长江江水倒灌鄱 阳湖的期间基本一致, 如在 2004 年发生 2 次倒灌, 分为位于 7 月 22-27 日和 9 月 10-15 日. 因此可以推 断长江江水倒灌鄱阳湖以及因鄱阳湖北部采砂活动引起的悬浮泥沙浓度的增加共同作用导致鄱阳湖中部 悬浮泥沙浓度大的波动.
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J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(2) 鄱阳湖南 部 的悬浮泥沙浓度 主 要受 抚 河、信江和 饶 河输沙 量 的影响 . 据 2000-2006 年 《 长江泥沙
公报》 , 在这期间此 3 条 河流的输沙 量无明显 变化 趋势 . 因此 , 鄱阳湖南 部 的悬浮泥沙浓度 呈无明显 的 变化 .
图 5 2000-2007 年 7-9 月份鄱阳湖北部、中部和南部平均悬浮泥沙浓度 Fig.5 Average suspended sediment concentration from June to September, 2000-2007 in the northern, central and southern Lake Poyang
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landsat 遥感影像地表温度反演教程
基于辐射传输方程的Landsat数据地表温度反演教程 一、数据准备 Landsa 8遥感影像数据一景，本教程以重庆市2015年7月26日的=行列号为（128，049）影像（LC8LGN00）为例。 同时需提前查询影像的基本信息（详见下表） 标识日期采集时间中心经度中心纬度LC8LGN002016/7/263:26:56 ………………………… 二、地表温度反演的总体流程 三、具体步骤 1、辐射定标 地表温度反演主要包括两部分，一是对热红外数据，二是多光谱数据进行辐射定标。 （1）热红外数据辐射定标
选择Radiometric Correction/Radiometric Calibration。在File Selection对话框中， 选择数据LC8LGN02_MTL_Thermal，单击Spectral Subset选择Thermal Infrared1（），打开Radiometric Calibration面板。 Scale factor 不能改变，否则后续 计算会报错。保持默认1即可。 （2）多光谱数据辐射定标 选择要校正的多光谱数据“LC8LGN02_MTL_MultiSpectral” 进行辐射定标。 因为后续需要对多光谱数据进行大气校正，可直接单击Apply Flaash Settings， 如下图。
注意与热红外数据辐射定标是的差 别，设置后Scale factor值为。 2、大气校正 本教程选择Flaash 校正法。FLAASH Atmospheric Correction，双击此工具，打开辐射定标的数据，进行相关的参数设置进行大气校正。 注意：如果在多光谱数据辐射定标时Scale factor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置single scale faceor 值为，若已设置，则默认值为1即可。 1)Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据； 2)设置输出反射率的路径，由于定标时候； 3)设置输出FLAASH校正文件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间足够大； 4)中心点经纬度Scene Center Location：自动获取； 5)选择传感器类型：Landsat-8 OLI；其对应的传感器高度以及影像数据的分辨 率自动读取； 6) 设置研究区域的地面高程数据；
遥感反演PM2.5的文献阅读笔记
一、PM2.5遥感反演基本原理 卫星遥感反演大气气溶胶是基于卫星传感器探测到的大气上界的表观反射率，也是卫星传感器接收到的辐射值L 。 ))(1/(),(),(),,,(''0ρτρμτμτμμτa s a s a d v s a S T F L L -?+Φ= 0L 为整层大气反射的太阳辐射，主要来自于大气中分子和气溶胶的散射贡献； ) ,(s a d F μτ为太阳下行总辐射；),(s a T μτ为传感器和目标物之间的透过率；'ρ为地表反射率； )(a S τ为大气半球反照率。 由上式可看出卫星观测到的反射率既是AOD 的函数，又是下垫面反射率的函数，如果知道下垫面反射率，并根据不同地区的气溶胶特征确定大气气溶胶的模型就可以得到AOD 。 因此利用AOD 与地面监测指标之间的数学关系，进而建立相应的数学统计模型，这就是基于卫星遥感反演AOD 进而通过统计模型预测PM2.5的基本原理和思路。 二、遥感数据源 目前能用于反演PM2.5的遥感传感器主要有云－气溶胶光达和红外探险者卫星观测器CALIPSO 、中分辨率成像光谱仪MODIS 、多角度成像光谱仪MISR 、多角度多通道偏振探测器 POLDER 、大气臭氧总量绘图仪TOMS 和TOMS 的后继者臭氧监测仪OMI 。 目前应用最多的传感器主要是MODIS 和MISR 。 三、PM2.5时空分布计算方法 利用遥感反演的AOD 结合影响PM2.5的其他因素，采用统计方法间接计算PM2.5时空分布是当前主要的方法。 其计算方法大体可以分为简单线性模型、多元线性回归模型、人工智能模型和广义加法模型4种。 简单线性模型是利用近地面监测站的PM2.5浓度与AOD 之间的简单二元关系建立的，是较早用于PM2.5反演的模型构建方法。 多元线性回归模型除了考虑AOD 外，还将与PM2.5有相关性的湿度、温度、风速、气溶胶类型、大气边界层高度等因素作为自变量，因此多自变量进行PM2.5多元线性回归，其精度得到显著的提高。 由于PM2.5浓度的时空分布受到气象场、排放源、复杂下垫面、理化生过程的耦合等多种因素的影响，具有较强的非线性特性。有学者采用神经网络模型、支持向量机模型、贝叶斯网络算法、基因算法等人工智能算法进行PM2.5时空分布计算，取得较好的应用效果。 广义相加模型GAM 是线性模型非参数化的扩展将一些与因变量间存在的复杂非线性关系的自变量以不同函数加和的形式拟合入模型可以探索到变量间非单调非线性关系从中找
MODIS影像处理流程——ok
1、同时期影像拼接、重投影、转格式（MRT） 黄土高原地区 Projected coordinate system name: Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_108E Geographic coordinate system name: GCS_Beijing_1954 Map Projection Name: Transverse Mercator Scale Factor at Central Meridian: 1.000000 Longitude of Central Meridian: 108.000000 Latitude of Projection Origin: 0.000000 False Easting: 500000.000000 False Northing: 0.000000 北京54参考的椭圆： 椭球坐标参数：长半轴a=6378245m；短半轴=6356863.0188m 2、在Erdas中裁剪，得到研究区的原值NDVI -2000~9663 方法：aoi格式文件裁剪：在ERDAS图标面板工具条中单击Data Prep图标，Subset，打开Subset对话框。在Subset对话框中需要设置下列参数： ①输入文件名（input file） ②输出文件名（output file） ③单击aoi选中裁剪文件名：在choose aoi选项中选中文件名 ④其余的我选择默认，然后ok等结果 3、得到范围在-1~1的NDVI 方法：ENVI — Basic Tools — Band Math（波段运算，把负值去掉） 在弹出的对话框Band Math中，Enter an expression： (b1 lt 0)*0+(b1 ge 0)*(b1*0.0001)。 这个公式意思就是：要是值小于0 就乘以0，使其变为0；同时，值大于等于0的话就乘以0.0001
仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用
水资源 仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用葛绪广1,王国祥1,郭长城2,冯冰冰1,刘 玉1,毛志刚1,郑海洋1,周 崴1 (1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;2.南京水利科学研究院江苏南京210029) 摘 要:对仿沉水植物填料对挟沙水体悬浮泥沙的截留作用进行了试验研究,结果表明:仿沉水植物填料对水体泥沙的截留率随水体泥沙含量的增加而提高,水体含沙为120m g/L时截留率达31.15;仿沉水植物填料的密度越大,截留率越大。 关 键 词:仿沉水植物填料;悬浮泥沙;截留 中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2007)10-0055-01 水体中的泥沙对水质的影响一直是水生态环境研究的重要课题[1],已有大量的相关文献问世[2~6]。 人工填料是污水净化的常用材料,具有较好的水质改善效果。其中,仿沉水植物填料与沉水植物具有相似的形态结构,且比表面积大,一方面通过改变水流动力条件,促使较多的泥沙颗粒物发生沉积,起到改善水质、提高水体透明度的积极作用;另一方面通过附着于填料的微生物降解水体中的氮磷有机污染物,改善水体营养状况。笔者结合生态修复示范工程研究了仿沉水植物填料对悬浮泥沙的截留作用。 1 材料与方法 1.1 试验设计 试验地点:南京师范大学水环境生态修复中试平台。 试验布置:仿沉水植物填料为表面粗燥的塑料纤维,直径0.8mm,呈轮状固定在中心轴线上,轮盘直径15c m,层状排列,间距为2mm。此种填料耐腐、耐温、耐老化、孔隙可变性大、不堵塞、寿命长、不粘连结团、表面积大。辅助单元采用长2.0m、宽1.0m的铁丝网,沉入水底,仿沉水植物填料像沉水植物一样浮在水中。 悬浮泥沙水体的配制与输入:淤泥质泥沙主要是水体悬浮泥沙沉淀的成分,悬浮特性好,容易获得试验所需的悬浮泥沙条件。采用镇江内江淤泥(示范研究区外围),通过混沙池配制不同悬浮泥沙含量的内江模拟水体,泥沙过200目(孔径77 m,主要为悬浮态粒径级配)绢网再加入混沙池,然后通过均匀管道输入试验水道,并实时监测试验水道进、出口悬浮泥沙颗粒物的含量,保证试验条件基本稳定。 1.2 监测与分析 在试验水道的3个不同断面取样,泥沙含量取3个断面的平均值。同时设置对照水道,试验条件保持一致。国内外相关研究表明,当输入泥沙条件一致时,水体泥沙含量与其浊度成二次曲线关系,且相关性较强,因此通过测定水体浊度可快速得到泥沙含量(试验中采用的关系曲线为y=-0.0017x2 +1.8305x,R2=0.982)。 2 结果与分析 2.1 仿沉水植物填料对泥沙的截留效果 仿沉水植物填料对水流中泥沙的截流效果见表1。对照水道水体泥沙含量的降低主要是泥沙在自身重力的作用下自然沉降造成的,而具有仿沉水植物填料的水道泥沙的沉降除自然沉降外还受到填料的截留作用。对照水道的平均泥沙截留率为16.31%,而填料水道的平均截留率达22.15%,提高了5.84个百分点,且随泥沙含量的增加,截留率有提高的趋势。 表1 仿沉水植物填料对挟沙水流泥沙的截留效果 项 目 第一组 填料对照 第二组 填料对照 第三组 填料对照 进水泥沙含量/ (m g L-1)80.0080.00100.00100.00120.00120.00出水泥沙含量/ (m g L-1)71.2072.8475.6982.5682.6292.95截留率/%11.008.9624.3117.4431.1522.54 注:填料单元规格为1.5m 1.0m 2.0m 2.2 填料密度对泥沙截留效果的影响 填料密度是影响泥沙截留效果的重要因素之一。在同样厚度(1.5m)的仿沉水植物填料条件下,36根/m2和24根/m2两种填料密度的水流泥沙截留率分别为29.79%和21.48%,表明适当的填料密度可明显增强其对水流中泥沙的截留效果。 2.3 仿沉水植物填料对污染物的间接截留作用 仿沉水植物填料在截留泥沙颗粒物的同(下转第58页) 收稿日期:2007-03-29 基金项目:国家 863 计划项目(2003AA601100-2)。 作者简介:葛绪广(1976 ),男,山东临沂人,博士研究生,主要从事水污染治理与生态修复研究工作。 第29卷第10期 人 民 黄 河 Vol.29,No.10 2007年10月 Y ELLOW R I VER O ct.,2007
遥感反演土壤湿度的主要方法
遥感反演土壤湿度的主要方法 遥感反演土壤湿度根据波段的不同分为3类：微波遥感土壤湿度法；作物植被指数法；热红外遥感监测法（主要是应用热惯量模型）。 1.1 微波遥感土壤湿度法 分主动微波遥感监测法和被动微波遥感监测法两种。此方法物理基础坚实，即土壤的介电特性 和土壤含水量密切相关，水分的介电常数大约为80，干土仅为3，它们之间存在较大的反差。土壤的介电常数随土壤湿度的变化而变化，表现于卫星遥感图像上将是灰度值G亮度温度Tb的变化。因此，微波遥感土壤水分的方法被广泛地应用于实际的监测工作中。 1.1.1 主动微波遥感监测法 以应用x波段侧视雷达为主，主要是后向反射系数法。因为含水量的多少直接影响土壤的介电常数，使雷达回波对土壤湿度反映极为敏感，据此可建立后向散射系数和土壤水分含量之间的函数关系。国内李杏朝据微波后向反射系数法，用x波段散射计测量土壤后向反射系数，与同步获得的X 波段、HH极化机载SAR图像一起试验监测土壤水分；田国良等在河南也应用此方法也进行土壤水分研究。主动微波遥感土壤水分精度较高，且可以全天候使用，成为监测水分最灵活、最适用、最有 效的方法，随着大量的主动微波遥感器的卫星（ERS系列、EOS、SAR、Radar sat、ADEOS、TRMM 等）的发射升空，将使微波遥感的成本不断下降，逐渐被应用于实践 1.1.2 被动微波遥感监测法 原理同主动微波遥感法。值得指出，植被在地表过程研究中的影响突出，为了消除植被的影响，必须同时重视植被的遥感监测，建立相关的计算模型。Teng等通过实验得出在浓密植被覆盖区土壤湿度监测中应避免使用19GHZ波段，此时SMMR 的6.6GHZ波段比SSM／I的19GHZ在遥感监测土壤湿度信息方面的精度更高。说明在植被较密时，为了消除植被对土壤湿度反演的影响，应尽量 选择波段较长的微波辐射计。 1.2 作物植被指数法 采用此方法是基于植被在可见光部分叶绿素吸收了70％-90％红光，反射了大部分绿光，而由 于叶肉组织的作用，后行叶片在近红外波段的反射较强。通过各光谱波段所反射的太阳辐射的比来 表达，这就叫植被指数。常用的植被指数有：归一化植被指数（Normal Difference Vegetation Index, NDVI）、比值植被指数（Ratio Vegetation Index, RVI）距平植被指数（Average Vegetation Index, AVI）和植被条件指数（Vegetation Condition Index，VCI）。 1.3 热红外遥感监测法 土壤热惯量和土壤水分的关系密切，即土壤水分高，热惯量大，土壤表面的昼夜温差小，反之 亦然。热红外遥感手段主要利用地表温度日变化幅度、植被冠层和冠层空气温差、表观热惯量、热 模型（蒸散比）估测土壤含水量[5]。 土壤热惯量法是土壤热特性的综合性参数，定义为： P = tCm (1) (1)式中：P为热惯量（J/m2 k?S1/2）；ρ为密度（kg/m3 ）；C为比热（J/kg?k）；λ为热导率。在实际工作中，常用表观热惯量来代替P： ATI=(1一A)／(Td-Tn) (2) 式中：Td、Tn分别为昼夜温度，A为全波段反照率。
利用MODIS的L1B数据反演气溶胶的流程如下
利用MODIS的L1B数据反演气溶胶的流程如下： 该方案中的数据和算法介绍： 1、MODIS数据是采用的MODIS L1B 1KM数据。应严格按照说明进行操作，例如数据是1km的，数据的合成是反射率在上，发射率在下等，下面将详细介绍各个步骤。 2、这是在ENVI 5.0下做的北京市气溶胶反演，具体包括MODIS影像（HDF）的辐射校正、几何校正、云检测、气溶胶反演。 3、气溶胶反演算法采用经典的暗像元法（DDV）也叫浓密植被法，因此对于冬季反演的气溶胶效果不好。 4、气溶胶反演的查找表是利用IDL调用6S辐射模型得到的，采用的是一般的参数，因此3-9月期间都可以用这一个查找表进行气溶胶反演，也可以自己制定查找表。 5、七纬查找表，从左向右，依次为太阳天顶角，卫星天顶角，相对方位角，P0、T、 S （辐射传输方程参数），最后一列为气溶胶光学厚度（AOD） 6.感兴趣的可以提供用到的modis云检测工具和气溶胶反演工具以及详细的pdf文档。 MODIS数据下载地址：https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html,/data/search.html
一、MODIS影像的辐射校正 在ENVI 5.0中打开MODIS影像的HDF文件就已经做了辐射校正，打开HDF文件的方法是File->Open As->EOS->MODIS,打开后在数据列表中可以看到三个文件，第一个是发射率Emissive（band20-band36），第二个是辐射率Radiance（band1-band26）,第三个是反射率Reflectance（band1-band26），如图1所示。 图1 ENVI5.0打开HDF文件 二、几何校正 2.1发射率文件的几何校正 （1）Georeference MODIS工具 ENVI5.0下有对特定传感器进行几何校正的工具，其中就有专门针对MODIS数据的几何校正，如图2 Georeference MODIS工具的位置。
多源遥感数据反演土壤水分方法
多源遥感数据反演土壤水分方法 张友静1,王军战2,鲍艳松3 (11河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098;21中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃兰州 730000;31南京信息工程大学大气物理学院,江苏南京 210044) 摘要:基于AS AR 2APP 影像数据和光学影像数据,根据水云模型研究了小麦覆盖下地表土壤含水量的反演方法。利用T M 和MOD I S 影像构建的植被生物、物理参数与实测小麦含水量进行回归分析,发现T M 影像提取的归一化水分指数(NDW I )反演精度较好,相关系数达到0187。根据这一关系,结合水云模型并联立裸露地表土壤湿度反演模型,建立了基于多源遥感数据的土壤含水量反演模型和参数统一求解方案。反演结果表明:该方案可得到理想的土壤水分反演精度,并可控制参数估计的误差。反演土壤含水量和准同步实测数据的相关系数为019,均方根误差为3183%。在此基础上,分析了模型参数的敏感性,并制作了研究区土壤缺水量分布图。 关键词:土壤含水量;多源遥感数据;水云模型;AS AR;多尺度 中图分类号:P33819 文献标志码:A 文章编号:100126791(2010)022******* 收稿日期:2009203209 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40701130;40830639) 作者简介:张友静(1955-),男,江苏南京人,教授,主要从事遥感机理与方法研究。E 2mail:zhangyj@hhu 1edu 1cn 土壤含水量是地表和大气界面的重要状态参数,并直接影响地表的热量和水量平衡,因而受到水文、气象和农业灌溉等多个学科的关注。微波土壤水分遥感研究始于20世纪80年代,其中最具代表性的是U laby 利用试验数据得出土壤后向散射系数的主导因素为粗糙度和含水量 [1]。80年代后,Dobs on 和U laby 利用车载、高塔、航空平台的微波数据研究了土壤湿度反演的最佳工作模式,并一致认为小角度入射后向散射系数对土壤湿度最敏感[2]。随着微波散射模型不断发展,相继出现微波散射的小扰动模型、几何光学模型、物 理光学模型、两尺度模型和积分方程模型A I E M 。Dobos on 等在物理模型和试验研究的基础上各自建立了经验和半经验模型,成功地反演了裸土的土壤含水量 [324]。2000年以来,随着Rardrsat,E NV I S AT AS AR 传感器发射,基于卫星雷达数据的土壤湿度反演逐步开展。李震等综合主动和被动微波数据,建立一种半经验模型,用于估算地表土壤水分的变化 [526]。研究表明AS AR 数据在半干旱区农田土壤湿度反演方面具有独特的优势[729]。 在植被覆盖条件下,微波信号的组成十分复杂。研究提取植被覆盖下的土壤湿度信息的重点在于如何有效的分离出植被对微波的散射信号,以便用土壤的后向散射信号估算植被覆盖下的土壤含水量。直接用多频同步微波遥感数据通过理论模型或数值模拟求解植被对微波的散射信号[9],具有很好的同步性和物理意义。但遥感数据获取较为困难,同时求解所需的地面同步观测的数据要求很高,因而区域尺度的监测应用还有待深入研究。根据植被的生物、物理特征与植被散射信号之间的关系,采用同步光学遥感数据反演植被散射信号是近年来的研究热点[9211]。但在植被特征参数表达农作物后向散射信号的能力评价、模型参数的识别以及整体求解方案等方面的研究较少。此外,为满足土壤水分监测和灌溉决策的需求,还需研究不同时空分辨率数据反演植被散射信号的能力。本文根据水云模型,研究多尺度下不同植被特征参数与小麦含水量的关系,采用将所有参数放入统一框架下估算的策略,构建了结合光学和微波遥感数据的土壤水分估算模型,并分析了模型参数的敏感性。经准同步实测数据检验,小麦覆盖下土壤水分的估算达到了较高的精度。 第21卷第2期 2010年3月 水科学进展ADVANCES I N WATER SC I ENCE Vol 121,No 12 M ar .,2010
水体提取方法
水体提取方法简单归纳总结 一、基于MODIS影像的几种提取方法。 最常用的水体提取方法： 波段阈值法、谱间关系法（波段组合法）和多光谱混合分析法 单波段阈值法是提取水体的最简单易行的方法。 基本原理：是利用水体在近红外波段上反射率较低,易与其它地物区分的特点,选取单一的红外波段, 通过反复试验, 确定一个灰度值,作为区分水体与其它地物的阈值即可。 缺点：是无法将水体与山区阴影区分开来,提取的水体往往比实际要多。 有些文献中叙述由于阀值随时间、地点变化的不确定性使得该方法具有局限性,但对于非山区的特定时相和区域里,尤其像MODIS 这样高光谱的遥感数据, 首先应选用阈值法进行试验,因为光谱的细分已经将上述问题大大减弱。若能获得较满意的提取效果,则很容易实现水体的自动提取。 对于用阈值法确实得不到理想效果的,则可以考虑谱间关系法和多光谱混合分析法。 利用谱间关系可建立的模型很多,如对波段进行如下组合运算CH7/CH6 ,CH7/CH5, CH6/CH5, 从而找出组合图像上水陆分界非常明显的影像。以CH7/CH6为例,可以采用如下方法剔除非水体: 在ENVI 软件下输入CH7 及CH6 波段, 运用波段计算功能,将公式CH7/CH6 输入,载入影像, 在放大窗口中,手工裁取明水水域范围, 生成多边形,对各多边形赋予一个感兴趣区( AOI) 文件, 并将其输出为EN-VI 等矢量文件即可。 对波段进行组合运算的目的,是为了增强水陆反差。MODIS 数据的波段1 是红光区( 0. 62 ～0.67um) ,水体的反射率高于植被, 波段2 是近红外区( 0. 841 ～0. 876um) ,植被
用FY_1D数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
用FY -1D 数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量 Ξ 陈晓翔,丁晓英 (中山大学遥感中心,广东广州510275) 摘 要:以珠江口海域作为研究对象,以气象卫星FY -1D 数据为信息源,通过遥感监测值与准同步珠江口实测 悬浮泥沙含量的对比分析,建立基于FY -1D 数据的悬浮泥沙含量遥感估算模型。研究表明,FY -1D 可用于近岸水域悬浮泥沙的遥感监测,在动态监测方面有明显优势,可作为现有海洋采样观测的补充手段。 关键词:FY -1D ;悬浮泥沙;珠江口 中图分类号:P412127(265) 文献标识码:A 文章编号:052926579(2004)S120194203 河口输沙量和泥沙运动规律的研究直接关系到正确估算水土流失、航道港口的冲淤变化、河口岸滩塑造、近岸水产养殖开发等重要问题。卫星遥感技术可从大范围、连续、动态地反映海水悬浮泥沙地整体性,利用遥感手段研究河口海岸地区混浊水体的泥沙运动(泥沙来源、扩散范围、输移方向以及含沙量判读等)是十分有效的。就含沙量判读而言,解决遥感模式问题是关键所在,即确定遥感数据与悬沙浓度(指表层含沙量)的数学关系,或称为悬沙浓度遥感模式。 FY -1D 是我国于2002年5月15日发射的第二颗太阳同步轨道业务应用气象卫星,星上携带了多通道可见光红外扫描辐射计,可获得10个通道的光谱信息(6个可见光和4个红外通道)。与NOAA 卫星相比,FY -1D 对地遥感的能力大大提高,它除了具有NOAA 卫星的5个通道外,还包含了3个与CZ CS 相近的水色通道,同时还增加了用于区分云、 雪的116μm 通道[1] 。由于我国水色遥感起步较晚,FY -1D 卫星发射的时间并不长,目前国内多利用NOAA 卫星数据进行悬浮泥沙遥感模式的研究,而 利用FY 卫星数据进行悬浮泥沙遥感探测较少。本 文以珠江口海域为研究对象,通过对FY -1D 卫星数据以及2002年冬季出海实测数据的分析,建立了珠江口海域悬浮泥沙遥感定量模型。分析结果表明,利用风云卫星数据建立的模型均具有较高的精度,从而为我国水色卫星的发展和泥沙遥感估算模型的研究提供依据和借鉴。 1 研究区域 本次研究以珠江口近岸海域作为研究区域,范 围为东经112°25′-114°25′,北纬23°20′-21°35′。 珠江口地处南亚热带海洋性季风气候区,水热条件好,自然资源丰富,是中国著名三大河流中珠江的出海口。珠江由西江、北江、东江、流溪江、 潭江五大水系组成,流域面积453690km 2 ,年均 流量1052418m 3 Πs ,为世界第15位大径流量河流。珠江水系各河道进入珠江三角洲网河后,分别由虎门、蕉门、洪奇沥、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门等八大分流河口分别汇入伶仃洋、磨刀门 海区和崖门海区(又称黄茅海)[2] 。 珠江河口具有含沙量小但输沙量大的特点,其多年平均输沙量约为8872万t ,此外尚有3000万 t 左右的胶体微粒,即年输沙量超过了1亿万t [3] 。由于珠江口外终年西南向沿岸流与科氏力的共同作用,珠江口泥沙淤积总的趋势是西侧高于东侧。 2 资料来源和预处理 211 数据源 实测数据:为2002年11月26日珠江口水环境勘测中所获的表层泥沙含量数据。根据所获资料加以整理,共获与FY 卫星过境时间同步的站点样18个卫星影像资料:采用与实测数据对应的准同步FY -1D 卫星资料。212 卫星数据的处理卫星数据入口为已完成辐射定标、校正等处理ld f 格式的数据。利用专用的图像处理软件经以下处理后用于悬浮泥沙遥感定量模型的分析。 几何校正:按照一定的地图投影规则对卫星图像的几何畸变进行纠正处理,使之能与地图匹配,并符合人们的读图习惯。利用PCI 软件的相关功能 Ξ收稿日期:2003-06-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40071063);广东省百项工程资助项目(2K B06202S )作者简介:陈晓翔(1956年生),男,教授;E -mail :eescxx @zsu 1edu 1cn 第43卷 增 刊2004年 6月中山大学学报(自然科学版) ACT A SCIE NTI ARUM NAT URA LI UM UNI VERSIT ATIS S UNY ATSE NI V ol 143 Suppl 1 Jun 1 2004
北京市气溶胶(PM10、PM2.5)反演与预警系统
说明：此文件为报名时必须要提交的文件，作为报名的一个重要组成部分不可缺少，如参赛小组不提交该文档，则报名无效 Esri 2012 中国大学生GIS软件开发竞赛 项目计划书 （D-ENVI/IDL开发组适用） 参赛作品名称北京市气溶胶（PM10、PM2.5）反演与预警系统 团队成员姓名 学校/院系聊城大学环境与规划学院 队长及联系电话 快递地址 邮编252059 队长电子邮箱 （说明：2012年4月30日集中报名截至后，选手仍然可以报名参赛，但组委会将不再提供参赛软件。） 竞赛官方讨论站点：https://www.wendangku.net/doc/d85649064.html, 参赛须知： 所有参赛作品必须是原创作品，并且参赛者均须保证其提交的作品是由其本人或所属参赛团队原创并拥有、以前从未被发表或发布或许可给第三方发表或发布、以及不损害任何第三方的名誉权、隐私权等任何权利。参赛作品的原创版权归参赛团队所有，竞赛组委会仅拥有对获奖作品进行展示及推广的权利。如果提交作品，则意味着接受并遵守参赛要求和参赛规则。
项目计划书提交时间: 即日起至2012年4月30日截止。 项目计划书提交流程: （1）在报名系统选择报名小组，并依次填加小组成员及指导老师； （2）下载该项目计划书，完整填写后，在报名小组信息中相应位置进行上载（请注意项目计划书文件的大小，尽量不要超过1.5m）； （3）组委会在收到该文件后，会给予审核，审核通过后，系统自动赋予参赛编号。 项目计划书应包括如下内容（请以此为模板填写）： 一、项目概述 1. 引言 近二十多年来，随着我国工业化和城市化进程加快，各种大气污染物高强度、集中性的排放，大大超过了环境承载力， 导致空气质量严重下降。大气污染不仅影响城市景观，还会严重危害公众健康，已成为影响我国城市和区域可持续发展的重 要因素。 气溶胶即悬浮在气体中的固体颗粒物和液体微粒与气体载体共同组成的多相体系，其动力学直径大约在0.001um—100um 之间，直径<10um的可吸入颗粒物(PM10)和直径小于2．5um的可入肺颗粒物(PM2.5)对人体健康有巨大危害。气溶胶颗粒的增 加是近年来城市及郊区频现“灰霾”天气的一个重要原因。而且，气溶胶（PM10、PM2.5）的污染会严重影响人的身体健康， 据统计由于气溶胶的污染，北京市人口寿命平均减少五年左右。 2. 项目背景/选题动机/目的 目前国内对气溶胶的监测依靠环保部门地面采集、监测网络等方式获得数据，这种方式费时、费力、昂贵，对于发展中 国家更是如此。同时气溶胶的时空特征存在巨大差异，而地基测站很少，所以地基观测方式难以实现大范围监测。 相比于传统的监测手段，卫星遥感技术具有宏观性强，能快速获取地表的空间变化和时间动态变化信息等特点，在环境 质量现状和应急监测方面具有明显的优势，卫星观测反演气溶胶的方法已成为越来越重要的气溶胶监测手段。 二、需求分析 1. 概要 【指出项目的需求，该系统主要解决的实际问题】 由于地面监测的局限性，辅以遥感动态监测气溶胶成为不二之选，本系统基于高时间分辨率的MODIS 影像和高空间分辨率的环境减灾卫星影像、TM影像反演北京市气溶胶时空分布，在反演气溶胶的基础上分析气溶胶与PM10和PM2.5的关系，从而得到PM10和PM2.5的时空分布图。结合植被覆盖度、地表温度、相对湿度、地形（DEM）以及气象等多种影响因子来综合分析与气溶胶和PM10、PM2.5的关系。最后利用数据挖掘CART算法以多种影响因子为自变量实现气溶胶的预警。从而帮助受污染城市对气溶胶（PM10、PM2.5）进行预防和治理，给城市人民一个清爽的空气，一个健康的身体。 2. 应用领域/实用性分析 【指出项目的应用领域及实用性】 本系统是对城市气溶胶进行动态监测与预警，可以用来监测城市大气状况，尤其是对人身体健康影响很大的PM10、PM2.5。以此来帮助城市人民预防和治理大气污染，还城市人民一个清新的家园。 三、系统功能概述 【针对需求，对系统的设计概念和功能进行描述】 本系统是C/S和B/S相结合的，在C/S端系统主要分为三大功能模块：1.基于多种影像的气溶胶反演 2.分析影响气溶胶产生以及分布的因子 3.利用CART算法对气溶胶进行预警；在B/S端主要是发布气溶胶 现状分布图、和各种因子之间的分析结果以及预测的气溶胶时空分布图供不同用户（林业局、交通局、国土资源局、城市普通人民）浏览与分析。图1是基于StarUML软件制作的用例图（Use Case Diagram）。
厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测
第17卷 第2期厦门理工学院学报V o.l 17 N o .2 2009年6月Journal o f X ia m en U n i versity o f T echno l ogy Jun .2009 [收稿日期]2009-03-12 [修回日期]2009-05-11 [基金项目]厦门市科技计划指导性项目(3502Z20077016) [作者简介]孙凤琴(1982-),女,福建莆田人,助教,硕士,从事海洋与环境遥感的研究. 厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测 孙凤琴 (厦门理工学院空间信息科学与工程系,福建厦门361024) [摘 要]选用2005)2007年福建省干季(10月~2月)三个时相中潮位的中巴卫星CCD 数据,利用 泥沙指数SI=(ch2+ch3)/(ch2/ch3)提取厦门环东海域悬浮泥沙信息.与现场浊度的对比表明,该泥 沙指数能较好地反映悬浮泥沙的相对分布.泥沙指数图像显示,该海域悬浮泥沙浓度分布具有浅海高、深 海低,从两岸向中部降低的特点;与2005年10月相比,2007年1月整治过程中清淤吹填使海域面积有所 减小,但湾中上部高、中高浓度泥沙明显增加;到2007年11月,清淤吹填基本完成,海域高、中高浓度 悬浮泥沙总比2005年10月约减少14k m 2.综合整治使得整个环东海域悬浮泥沙含量明显降低. [关键词]厦门环东海域;遥感;悬浮泥沙;泥沙指数 [中图分类号]P73111 [文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2009)02-0062-05 0 引言 悬浮泥沙含量影响水体透明度、水色等性质,其变化对生态环境、水下地貌冲淤、港口工程等有直接影响[1].遥感具有大面积、同步测量和时空分辨率较高的特点,可有效地监测悬浮泥沙的分布.Ruhl 等[2],Ty l e r 等[3],Sipe l g as 等[4]利用不同资料在美国、欧洲、非洲进行了悬浮泥沙浓度的反演.国内学者也利用MODIS 和中巴CCD 影像等研究了沿海和内陆湖泊的悬浮泥沙浓度 [5-7].研究者们提出了许多的反演模式[8],但这些模式针对不同水域范围而建立,在其他水域难以普遍适用.李四海等[9]指出,泥沙指数法综合应用了不同波段的光谱信息,可获得层次丰富泥沙图像. 文中以厦门环东海域为研究区域,利用多时相的中巴CCD 遥感资料,基于 泥沙指数提取悬浮泥沙信息,探讨海域建设对 悬浮泥沙和冲淤环境的影响. 1 研究区域介绍 厦门地处福建省东南沿海.海峡西岸经 济区列入国家/十一五0规划,给厦门带来 前所未有的发展机遇,但岛内土地资源稀 缺,成为制约厦门发展的软肋.开发环东海 域成为厦门市提升未来发展空间的重要战 略.环东海域新城区(见图1),陆域规划面 积114km 2,海域面积91km 2,沿岸入海河 流有东、西溪和官浔溪,径流比较小[10]. 整治前,由于长期的填海造地和围垦养殖, 该海域污染严重,存在大面积淤积浅滩.环 东海域整治工程,主要包括清淤吹填、产业
近地表气温遥感反演方法(定)
近地表气温遥感反演方法研究进展 摘要：气温是描述陆地环境条件的重要参数，也是气象观测资料中最基本观测项目之一。结合遥感的空间分辨率高，覆盖面广，资料同步性强的特点，运用遥感方法反演气温弥补了传统方法的缺点，气象卫星的发展，为其提供了技术平台支持。本文从近地表气温反演的各种不同的方法进行阐述，分别从半统计方法、统计方法、多因子分析方法和遗传算法方面进行叙述。 关键词：气温；遥感；反演方法这 1.引言 气温是描述陆地环境条件的重要参数，也是气象观测资料中最基本观测项目之一。由于近地球表面气温控制着大部分陆地表面过程(如光合作用、呼吸作用及陆地表面蒸散过程等)，因此，气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数输入因子[1,2]。高山、水体、植被以及土壤含水量等，以至于表现出很大的空间异质性。我们常常听说的气温，是有气象观测站在植有草皮的观测场所中离地面1.5米高的百叶箱中的温度表测得的。由于温度表保持了良好的通风性并避免了阳光直接照射，因而具有较好的代表性，这个温度基本上反映了观测地点(当地)的气温。但是随着数值预报的发展，常规的探测手段越来越不能满足现代业务预报的需要。特别是在海洋，沙漠，沙漠等的荒僻的地区，基本不可能设立气象站点，即使设立站点也十分稀疏，这就使得我们所获取的气温资料十分有限，要想研究特定位置的气温水平空间分布状况及其内部结构特征等都有一定的困难。同时在不同地形和不同景观条件下，一个气象站观测的数据能够代表的范围有很大差别，即使通过空间内插过程也不能够获得满意的气温空间分布，从影响模型模拟结果[3]。 而遥感具有覆盖面广，空间分辨率高，资料同步性强的特点，所以利用卫星遥感手段资料反演近地表的大气温度就弥补了传统手段的缺陷，不论在现实意义还是经济意义上，都是非常重要的。随着大气科学理论和遥感探测技术的迅速发展，在全球大气观测系统中，卫星探测技术将会成为中流砥柱。同时，从60年代有了气象卫星之后，给遥感反演温度提供了可靠的现实依据。 目前反演大气参数的方法基本可以分为三类：物理方法、半统计方法和统计方法。物理方法是从辐射传输方程出发，根据已知的一些大气知识对方程进行简化，从而达到求解的目的，至今对它们的物理机制认识得还很不清楚，所以极大地限制了该方法的应用与发展。半统计方法是采用物理方法与实测资料的结合，建立个大气参数间的关系，然后利用实测资料进行各参数的反演。目前在该领域采用比较多的是统计方法，它主要包括单因子线性回归分析方法、多元统计方法、Bowen 比分析方法、遗传算法和神经网络方法等，利用这些方法时需考虑多种影响因素，从而建立各因素之间的相互关系[4]。 本文具体从半统计方法和统计方法对气温反演进行研究，着重论述了统计方法反演近地表气温，考虑了热红外和微波两个波段对气温的反演。
陆地气溶胶光学厚度反演原理与方法
陆地气溶胶光学厚度遥感监测原理与方法 大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物共同组成的多相体系。粒子的直径多在10-3～102μm之间。气溶胶光学厚度指无云大气铅直气柱中气溶胶散射造成的消光程度，是大气遥感的重要指标，也是衡量大气污染的重要指标。 利用卫星遥感进行气溶胶监测主要有暗目标法（Kaufman et al,1988）、结构函数法(Tanré et al.,1988)、多角度偏振法(Herman et al,1997)等。目前环境一号卫星CCD相机和超光谱相机的波段设置条件下，暗目标法可得到较好的应用，同时环境一号卫星CCD相机的高空间分辨率，为结构函数法的应用提供了可能。由于环境一号卫星各相机的工作方式的（非偏振）限制，目前尚无法应用多角度偏振方法，环境一号后续星将加入偏振传感器。 1.暗目标法 在可见近红外波段，传感器接收到的信号，既是气溶胶光学厚度的函数，又是下垫面地表反射率的函数。当地表反射率很小时，卫星观测的辐射值主要是大气的贡献，能够提取大气气溶胶信息，暗目标法就是利用浓密植被地区红蓝波段的辐射值和气溶胶光学厚度的这种关系反演气溶胶光学厚度。 2.结构函数法 对于高反射率地区，地表反射率较大，传感器测量的辐射值主要是地表的贡献项，对气溶胶的变化不再敏感，这时使用基于地表反射率的方法反演气溶胶光学厚度非常困难。 结构函数法是早期研究陆地污染气溶胶采用的卫星遥感算法。该算法假设同一个地区一段时间内地表反射率是不变的，利用“清洁日”大气作为参考，反演“污染日”大气的气溶胶光学厚度。利用结构函数法可以反演城市地区的气溶胶分布状况。 3.多角度偏振方法 大气中的气溶胶和大气分子与入射太阳辐射相互作用，除了可以散射和吸收入射辐射，还可以使入射辐射发生偏振，卫星通过测量后向散射的偏振特性，可以得到气溶胶信息。利用偏振信息进行气溶胶反演，具有受地表影响小、能够反演气溶胶物理性质的优势。
landsat 遥感影像地表温度反演教程
基于辐射传输方程的Landsat 数据地表温度反演教程 一、数据准备 Landsa 8遥感影像数据一景，本教程以重庆市2015年7月26日的=行列号为（128，049）影像（LC8LGN00）为例。 同时需提前查询影像的基本信息（详见下表） 二、地表温度反演的总体流程 三、具体步骤 1、辐射定标 地表温度反演主要包括两部分，一是对热红外数据，二是多光谱数据进行辐射定标。 （1）热红外数据辐射定标 选择Radiometric Correction/Radiometric Calibration 。在File Selection 对话框中，选择数据LC8LGN02_MTL_Thermal ，单击Spectral Subset 选择Thermal Infrared1（），打开Radiometric Calibration 面板。 （2）多光谱数据辐射定标 选择要校正的多光谱数据“进行辐射定标。 Settings ，如下图。 2、大气校正
本教程选择Flaash 校正法。FLAASH Atmospheric Correction，双击此工具，打开辐射定标的数据，进行相关的参数设置进行大气校正。 注意：如果在多光谱数据辐射定标时Scale factor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置single scale faceor 值为，若已设置，则默认值为1即可。 1)Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据； 2)设置输出反射率的路径，由于定标时候； 3)设置输出FLAASH校正文件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间足够大； 4)中心点经纬度Scene Center Location：自动获取； 5)选择传感器类型：Landsat-8 OLI；其对应的传感器高度以及影像数据的分辨率自动读取； 6) 设置研究区域的地面高程数据； 7)影像生成时的飞行过境时间：在layer manager中的Lc8数据图层右键选择View Metadata，浏览time字段获取成像时间； 注：也可以从元文件“”中找到，具体名称：DATE_ACQUIRED = 2013-05-12；SCENE_CENTER_TIME = 02:55:； 8) 大气模型参数选择：Sub-Arctic Summer（根据成像时间和纬度信息选择）； 9) 气溶胶模型Aerosol Model：Urban，气溶胶反演方法Aerosol Retrieval：2-band（K-T）； 10) 其他参数按照默认设置即可。 11) 多光谱参数设置中， K-T反演选择默认模式：Defaults->Over-Land Retrieval standard （600:2100） 波谱响应函数：默认指向.. \Program Files\Exelis\ENVI51\classic\filt_func\ 把它重新指向：..\Program Files\Exelis\ENVI51\resource\filterfuncs\ 注：这是因为版本的一个小bug，即Classic中的L8的波谱响应函数不正确，另外一个一劳永逸的方法是：将
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定 摘要：随着各类海洋工程的施工建设，各类海洋工程施工均会引起周边海域悬 浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。目前国内没有对海洋工程 中涉及的悬浮泥沙源强作出完整的归类，总结在海洋环评中多年的工作经验，本 文对海洋工程中悬浮泥沙源强类型进行了总结归纳，为海洋环评中悬浮泥沙源强 的选取提供参考和依据。 关键词：悬浮泥沙源强海洋环境影响 近年来，随着我国海洋经济的迅速发展，各类海洋工程的施工建设，包括填 海造地、港口建设、航道疏浚、跨海桥梁、各类透水构筑物及非透水构筑物等， 均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。其中 悬浮泥沙的扩散输移对海洋环境影响较大，主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围 和浓度变化对海水环境和海洋生态环境的不利影响。针对国内外学者对海洋工程 中的悬浮泥沙源强确定缺乏比较全面系统的论述，为此，本文根据笔者工作中经 验对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强的确定进行了总结，可为海洋工程环境影响 评价悬浮物污染开展综合分析，根据工程的底质条件合理选择设备类型提供理论 依据。 1悬浮泥沙源强类型 海洋环评中数值模拟分析和悬浮泥沙污染源的存在形式密切相关，悬浮泥沙 源强一般在空间上分为：点源、线源、面源和体源；根据持续时间可分为瞬时源 和连续源。根据海洋工程施工计划和施工特点的不同，在海洋环评数值模拟中对 泥沙源强的处理方式也不同。一般疏浚挖泥及疏浚土抛投时采用设置固定点源或 瞬时源的方式进行模拟；溢流及抛石采用设置连续固定点源的方式进行模拟；爆 破挤淤一般采用瞬时点源；管道及航道的开挖根据施工线路的特点采用移动点源 的方式进行模拟。 2悬浮泥沙源强计算方法 针对不同的工程类型，由施工引起的泥沙源强确定方法也不同，目前泥沙源 强的确定一般采用公式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。本文根 据笔者的工作经验对海洋环评中涉及的源强方法进行了总结。 2.1疏浚源强 项目工程类型为疏浚，采用的施工机械一般为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、抓斗船，悬浮泥沙发生量按照《港口建设项目环境影响评价规范》中提出的公式 计算源强。 Fs—悬浮泥沙源强（kg/s）； m泥—一天爆破抛泥量（kg）； V水—受纳水体体积（m3）； t—一天实际施工的时间（h）。 2.8类比分析法确定源强 根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系统试验数据，绞吸式挖泥船泥沙