不同地物类型微波发射率特征分析

地表微波发射率是表征地表特征的重要参数,同时也是反演地表、大气参数的重要条件。不同地物类型由于其结构,含水量,粗糙度等的差异而具有各自的辐射特征。利用2003年6～8月,2003年12月～2004年2月两个时段针对AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-EOS)传感器的晴空条件下全球地表微波发射率数据,结合IGBP分类标准及覆盖度数据,选择相对较纯像元,分析了不同地表类型的发射率特征以及不同地物类型的发射率在不同波段随季节的变化规律。结果表明,地表发射率跟频率与极化相关,几乎所有植被和裸土类型双极化下的发射率变化趋势是随频率的增加而增大,而冰雪覆盖类型V极化发射率随频率增加而减小。此外,发射率跟地表类型密切相关。植被类型的发射率要高于裸土的发射率。因此,随着植被密度的降低,裸土的贡献增大,导致总体发射率的降低。对于植被类型,一般在夏季处于生长旺盛期,发射率比较稳定,可作为特征发射率。积雪覆盖是一个重要因素,尤其在冬季影响着地表的发射率变化。     

地表发射率的机载傅里叶变换红外光谱反演方法研究

介绍了利用机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球、大气辐射的实验过程,并对由光谱仪测得的辐射与地表光谱发射率、大气透过率等参数的关系进行了深入的分析,给出了理论表达式。提出了一种基于梯度搜索的优化方法,即由机载FTIR光谱仪测得的辐亮度光谱反演得到方差最小的光谱发射率最优解。反演结果表明,在中红外波段,沙地平均光谱发射率为0.70,裸土地表平均光谱发射率为0.95。     

上海城市植被光谱反射特征分析

地物光谱特征是遥感机理的重要内容,也是遥感应用研究的重要依据。城市植被作为城市中重要的生命支持系统,对于维持城市生态系统平衡起着核心的作用。文章以上海城市植被为研究对象,利用美国ASD公司生产的FieldSpec3便携式地物波谱仪,通过对2009年10月金边黄杨,金丝桃,圆柏,麦冬,珊瑚树,小叶黄杨等野外和室内光谱数据采集和处理,获得了这6种城市植被的高光谱数据。采用Savitzky Go-lay平滑方法进行光谱噪声去除和利用微分光谱技术进行植被环境背景影响消除,分别从植被冠层光谱和叶片光谱以及微分光谱,对这6种城市植被的光谱特征以及光谱曲线的差异和变化规律进行分析。可为今后进一步研究城市植被理化性能、参数反演、植被分类、植被调查以及城市环境监测等遥感应用服务。     

基于热红外光谱和微波反演地表温度的研究进展

地表温度(LST)是研究地表和大气之间辐射和能量交换以及区域和全球尺度地表物理过程的重要参数。卫星遥感技术在生态环境、水文、气象、地震、军事的应用研究,以及气候模式的辐射过程描述都需要获得准确的LST。光谱中的红外和微波对于探测LST发挥重要作用。文章综合分析了热红外波谱和微波遥感反演LST的研究进展,包括:利用热红外辐射温度表探测LST的方法,晴空条件下星载传感器的红外通道反演LST的单窗、分裂窗等反演方法,单通道和多通道算法,组分温度的反演方法,单通道多角度法和多通道多角度法,以及地表发射率ε特性研究等。微波可以全天候探测地表,文章分析了被动微波波段遥感反演LST的方法。并对这些方法的优缺点、适用性及应用前景进行了评述。     

基于VO2和石墨烯实现hBN声子极化激元和自发发射率的主动调谐

鉴于极化激元对介电环境异常敏感的特性,本文中提出了双曲材料六方氮化硼(hBN)和石墨烯与相变材料二氧化钒(VO₂)组成的异质结构,用来研究hBN声子极化激元(PhPs)的主动可调谐性.研究结果表明,通过控制hBN/VO₂异质结构中VO₂相变可实现对hBN PhPs的主动调谐,获得主动可调谐的自发发射(SE)率.当在hBN/VO₂异质结构中添加石墨烯时,会在hBN双曲线带内耦合产生双曲等离子体-声子极化激元(HPPPs),而在双曲线带外产生表面等离子体-声子极化激元(SPPPs),通过控制VO₂相态和调节石墨烯化学势亦可实现石墨烯/hBN/VO₂异质结构的耦合色散及SE率的主动调谐.该研究为使用诸如相变材料和石墨烯等功能材料调谐各向异性光学材料与光的相互作用机制提供了理论指导.     

植被叶片生化组分的光谱响应特征分析

依据LOPEX’93数据,分别使用地表反射率光谱及其变化量以及光谱指数分析了鲜叶片叶绿素和水分含量的光谱响应。结果表明,在反射率光谱及其变化量的分析中,反射率的二阶导数对叶绿素具有较高的响应,对叶绿素响应较高的波段依次为600,700,670,410,490,500和440nm,这些波段区间能够较好地反映植被叶绿素的含量;反射率光谱经连续统去除后对叶片含水量具有较高的响应,对水分含量响应较高的波段依次为:1870,2130,2180,1820,2350和2120nm,分别对应着水分在短波红外波段的吸收波段。在光谱指数的分析方法中,光谱指数ND(normalized difference)对叶绿素含量较其他指数具有更高的响应,其相关系数为0.618;光谱指数Ratio975对叶片水分含量具有较高的响应,相关系数可达0.996。根据以上的响应分析,构建相关模型,对叶片中叶绿素和含水量开展地基反演实验,结果表明,基于地面光谱数据反演叶片中叶绿素和含水量可达到较高的精度。     

太阳辐射下不同绿化植被表面温度的观测

地表温度直接影响着城市地表热场的分布和地表气温的高低,从而影响城市小气候环境。在太阳辐射条件下,利用红外测温仪连续观测桂林市不同绿化植被种类、水泥地、干燥裸土的表面温度,研究不同植被种类由于蒸腾作用不同所造成的表面温度差异,为城市绿化降低城市地表热场的热效应而合理选择植被种类。结果表明,樟树、紫荆等叶片的面积较大或者叶片表面的角质层较少,蒸腾作用较强,其表面温度日最高值低于裸土、水泥地分别约6℃、14℃,降温效果较显著;次之桂花、银杏和竹子的表面温度日最高值低于裸土、水泥地分别约4℃、12℃;棕榈、草地的蒸腾作用相对较弱,其表面温度日最高值低于裸土、水泥地分别约2℃、10℃,降温效果较差。     

冬季水源林植被覆盖度变化对地表温度的影响

水源林地表温度受植被覆盖度变化的影响,而植被覆盖度变化、干旱引起的地表温度异常又会影响河流水量,研究植被覆盖度对地表温度的影响关系可以监测水源林可能旱情的发生、预测对河流水量的影响。因此,利用遥感反演模型,提取2002年1月5日桂林市灵川县青狮潭水源林ETM遥感图像的植被覆盖度和地表温度,分析冬季水源林植被覆盖度变化对地表温度的影响。结果表明,冬季水源林地表温度随植被覆盖度的增加而升高,呈现明显的正相关关系,但呈现显著的非线性关系,这与夏季水源林地表温度随植被覆盖度的增加而降低恰好相反;相同植被覆盖度的水源林的地表温度存在差异,尤其是阔叶林、竹林、针叶林的地表温度存在差异;受地形的影响相同植被覆盖度的水源林阳坡地表温度高于阴坡、山谷。     

植被及水体的分布对珠海城市地表温度的影响

针对珠海“国家园林城市”需要定量评估的问题,利用遥感模型和Landsat卫星图像反演地表温度、NDVI植被指数和MNDWI水体指数,定量分析其空间分布特征及影响关系。结果表明,大部分居民区的绿化覆盖率较高,NDVI在0．1～O．2,而大部分林地的NDVI在0．4～0．5,没有出现连续大面积的高地表温度区。NDVI〉O．3时,地表温度随NDVI的增加而快速下降,而NDVI在0．0～0．3地表温度随NDVI的增加而升高,平均地表温度峰值在NDVI为0．3,裸露的海滩、河滩等滩涂表面温度较低,减弱了裸露人工建筑高温像元的影响,使得结果与已有对其它内陆城市的研究不同。地表温度随水体指数的增加而降低,呈负相关关系。茂密的绿化林地、海洋等大面积水体、大面积滩涂和沼泽等湿地对调节珠海城市热环境发挥重要作用。     

Vertical structure of predictability and information transport over the Northern Hemisphere

Based on nonlinear prediction and information theory, vertical heterogeneity of predictability and information loss rate in geopotential height field are obtained over the Northern Hemisphere. On a seasonal-to-interannual time scale, the predictability is low in the lower troposphere and high in the mid-upper troposphere. However, within mid-upper troposphere over the subtropics ocean area, there is a relatively poor predictability. These conclusions also fit the seasonal time scale. Moving to the interannual time scale, the predictability becomes high in the lower troposphere and low in the mid-upper troposphere, contrary to the former case. On the whole the interannual trend is more predictable than the seasonal trend. The average information loss rate is low over the mid-east Pacific, west of North America, Atlantic and Eurasia, and the atmosphere over other places has a relatively high information loss rate on all-time scales. Two channels are found steadily over the Pacific Ocean and Atlantic Ocean in subtropics. There are also unstable channels. The four- season influence on predictability and information communication are studied. The predictability is low, no matter which season data are removed and each season plays an important role in the existence of the channels, except for the winter. The predictability and teleconnections are paramount issues in atmospheric science, and the teleconnections may be established by communication channels. So, this work is interesting since it reveals the vertical structure of predictability distribution, channel locations, and the contributions of different time scales to them and their variations under different seasons.     

Covariability and climatic changes of the lower-troposphere temperatures over the Northern Hemisphere

Summary The covariability and the long-term fluctuation of the lowertroposphere temperatures is studied, applying factor analysis on grid point (1000÷500) hPa thickness data for the Northern Hemisphere. About 30 factors were retained and rotated for each season and year, but only about half of them were found to be significant. The grouping of the grid points according to the factor loadings has been mainly influenced by the land and sea distribution. Three teleconnections were found only, one in winter and two in summer. The winter one is a see-saw phenomenon between West Asia and North-West Scandinavia. In summer, the British Isles were found to covary with East Canada and the same is the case for almost all the subtropical deserts. The study of the factor scores revealed that the recent warming of the Earth’s surface in the lower troposphere appears over the continents only.     

中红外波段地表发射率特性分析

陆表温度(LST)在地-气相互作用过程中扮演着重要的角色,是全球变化研究的关键参数。陆表发射率是陆表温度反演的关键输入参数之一。中红外谱区(3~5 μm)介于可见光-近红外谱区(0.38~2.5 μm)与热红外谱区(8~14 μm)之间,地物的发射率在该谱区表现出独特的光谱特性,可用于霜冻监测、矿物成分分析等研究。由于传感器在中红外谱区探测到的能量既有来自于地物自身发射的热辐射能量,又有反射的太阳辐射能量,这两部分的能量分离机理比较复杂,因此中红外谱区发射率特性分析的相关文献较少。本文针对单一均匀地表和具有混合像元的复杂地表计算了MODIS红外通道的有效发射率,发现通道有效发射率在单一均匀地表下与温度的耦合效应不强烈;但在复杂地表下,通道有效发射率与混合像元内的成分比例以及成分的地表温度具有耦合效应。在误差允许的范围内,混合像元的有效发射率可以忽略成分地表温度的影响。发射率误差对陆表温度反演精度的敏感性随着波长的变化而变化。在热红外波段,敏感性是其在中红外波段的2倍左右,说明利用中红外波段进行陆表温度反演具有一定的优势。     

Cloud Characteristics and Cloud Attenuation in Millimeter Wave and Microwave Frequency Bands for Satellite and Remote Sensing Applications over a Northern Indian Tropical Station

Microwave and millimeter wave frequency bands are in demand for requirement of more channels in radio communication systems. It has also been recognized that microwave and millimeterwave frequency radiometers on board satellites as promising tools for remote sensing.The frequency more than 10 GHz is affected by rain and cloud. Though the effects of rain on radiowave is more than cloud but the occurence of cloud is more than rain. Cloud has been found to occur for weeks together over this part of the world. It is therefore essential to study cloud morphology over different geographical region.In this paper, an attempt has been made to the cloud occurrences over an Indian tropical station, Delhi (28.35°N, 77.12°E) observed during different months and daytime and nighttime. It is seen that low clouds occurrence over Delhi is very significant and particularly during July, August and September. The specific attenuation of radiowave due to clouds at various frequencies 10 GHz, 20 GHz, 50 GHz and 100 GHz has been deduced. The specific attenuation of radio wave due to cloud at 10 GHz varies from 0.0608 dB/km to 0.1190 dB/km while at 100 GHz the specific attenuation varies from 6.8460 dB/km to 11.9810 dB/km     

双频磁绝缘线振荡器微波产生特性的数值研究

 利用数值模拟的方法,研究了角向分区比例分别为1∶1,1∶2,1∶3,2∶1和2∶2的双频磁绝缘线振荡器（MILO）的微波产生特性,得到了“热腔”条件下的微波电场分布,电子的相空间图,输出微波的总功率,以及微波频率随角向的分布变化等特性。为了比较,还给出了对应于双频MILO的谐振腔深度的两种常规的角向均匀的单频MILO的模拟结果。研究揭示了双频MILO内束 波互作用分区分别工作的规律,提高了对双频MILO产生双频率高功率微波的机理的认识,为双频MILO的双频辐射技术和双频微波测试技术提供了依据。     

Microwave and Millimeter Wave Characteristics and Attenuation of Clouds over some Malaysian Equatorial Stations

Based on radar range height indicator (RHI) measurements, cloud characteristics in relation to radiowave propagation over three locations in different geographical region in western Malaysia have been presented. It is seen that low cloud occurrence over these locations are quite significant. Cloud attenuation and noise temperature can result in serious degradation of telecommunication link performances. This paper presents cloud coverage in different months, 0°C isotherm height and cloud attenuation results at 12 GHz, 20 GHz, 36 GHz, 50 GHz, 70 GHz and 100 GHz over measurement site. The low level cloud over the measurement sites has been found to occur for many days and nights and particularly in the months of April to May and October to December. Such results are useful for satellite communication and remote sensing application in Malaysia.     

低温装置材料表面辐射系数实验研究

材料表面辐射系数与材料的种类、壁面的温度以及材料的表面状况有关。文中对不同材料的不同表面和不同温度情况下的辐射系数进行了实验研究 ,为低温装置系统表面处理工艺方法提供了依据。     

目标表面发射率对红外辐射偏振特性的影响分析

偏振探测不仅可以获得目标的光谱、强度、偏振态以及空间几何形状等参数,还可以获得更丰富的目标信息,有利于改善对目标的探测和识别能力。红外辐射偏振成像是近年来发展起来的一种新的红外探测技术,主要通过目标与场景的红外辐射偏振特性差异进行目标探测与识别。但由于红外辐射偏振信息在传输过程中,其偏振态会受到传输介质的影响,而通常基于实验分析总结目标红外偏振特性的方法难以对偏振传输过程中的影响因素进行估计,也不能定量描述各相关参数对于红外偏振信息的影响。通过微面元理论的双向反射分布函数模型,建立了基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振传输方程, 推导分析了目标表面发射率对红外辐射偏振度的影响,结果表明：目标表面发射率对目标红外偏振度影响可以忽略;在理论分析基础上,有针对性的开展红外光谱偏振探测试验,试验数据分析与理论推导结论吻合。这表明：材料表面发射率的变化不影响目标表面的红外辐射偏振度。该研究成果有利于提高红外伪装探测的目标识别效率,可为进一步提高红外偏振成像系统的伪装目标探测提供新的途径和方法,如在伪装目标探测识别中,通过探测其表面的红外辐射偏振特性的改变实现伪装目标识别探测。     

C/C复合材料的光谱发射率研究

采用模压成型法制备了不同类型的C/C复合材料,测试了其法向光谱发射率的变化.结果表明,短切碳纤维增强的C/C复合材料,其法向光谱发射率在整个2 500～13 000 nm的测试波段内普遍要高于碳布增强复合材料样品.短切碳纤维结构的相对松散,单位体积内物质的粒子数相对较少,这增加了电磁波的穿透深度,从而使得样品的法向光谱发射率较高,热辐射特性较好.纤维预制体和C/C复合材料样品的法向光谱发射率测试对比可知,两种不同碳材料的微结构差异使得树脂碳的法向光谱发射率优于纤维碳.利用Raman光谱对不同碳物质进行物相分析表明,树脂碳以sp3和sp2杂化态碳原子的混合结构使其内部产生的局域振动模式较多,这也是样品法向光谱发射率较高,热辐射特性较好的原因.