作物生物量遥感估算研究进展

作物生物量是作物长势监测以及产量估算中的一个关键指标。随着3S技术的发展,遥感数据可以为作物生物量的估算提供有力的支撑,充分发挥遥感信息的宏观及实时动态性,使在大的时间和空间尺度上进行作物的生物量估算成为可能。文章通过总结作物生物量遥感估算的研究现状,根据采用的数据源不同以及基于的模型基础不同将现有作物生物量遥感估算模型划分为6类,并对每一类模型的方法、原理、和应用进行了详细阐述,讨论分析了作物生物量遥感估算方法的发展趋势,以及各种估算方法的自身优势和仍需完善的方面,并对今后的发展进行了展望。     

典型作物残茬磷分子形态表征

作物残茬还田对农业绿色发展和地力提升意义重大。我国作物残茬产量大,种类多,研究典型作物残茬中磷的赋存形态是预测其还田后作物有效性的前提。目前,液相磷-31核磁共振(³¹P-NMR)是可在分子水平上表征磷素形态的主流分析技术。而利用该技术表征作物残茬磷素形态的已有研究有限,且主要采用不同磷化合物的化学位移进行图谱解析。由于某些有机磷的峰位置相邻,其化学位移受样品pH等化学条件影响较大,导致单纯依靠文献报道进行图谱解析存在较大不确定性,并且识别出的有机磷种类偏少。该研究进行加标实验,选取典型作物残茬(玉米、小麦、水稻、大豆、花生、棉花),利用液相³¹P-NMR技术表征了不同部位(茎叶、谷壳和种子)磷的分子形态及其含量。研究发现,所有供试作物残茬中总磷含量均为种子>谷壳>茎叶。NaOH-EDTA前处理对供试作物残茬总磷有较高的提取率(73%～139%),平均105%。根据加标试验的³¹P-NMR图谱,供试样品中检测出的无机磷形态包括正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐,有机磷包括植酸、α/β-甘油磷酸盐、单核苷酸,首次在...     

作物植被覆盖度的高光谱遥感估算模型

通过大田试验,使用ASD光谱仪测量了油菜、玉米、水稻三种作物不同覆盖度水平下的冠层光谱,同时拍照获取植被图片并用计算机求算了植被覆盖度。利用三种作物光谱求算“红边”变量,并对波段两两组合求算归一化植被指数(NDVI),建立这些光谱变量与覆盖度之间的估算模型,得到适用于三种作物的最优估算模型和最佳的NDVI波段组合。另外,利用响应函数模拟了TM归一化植被指数,同植被覆盖度进行了相关分析,回归方程的R2达到0.80,并通过了预留数据的检验,为TM数据植被覆盖度估算进行了探索性的研究。     

高光谱遥感监测土壤含水量研究进展

土壤含水量是监测旱情墒情的关键参量,近年来在利用高光谱遥感数据监测土壤含水量方面,国内外进行了大量的研究。文章首先在分析利用不同波段监测土壤含水量的原理及优缺点基础上,指出高光谱遥感监测的独特优势和问题。并以此为出发点,从机理上归纳了土壤含水量对土壤反射率的整体影响,以及对不同波段响应的差异。在此基础上,从物理机理和统计方法两个方面,总结了土壤含水量与土壤反射率的关系。并分析和评价了各模型及统计方法中的关键问题和优缺点。以往研究土壤含水量与土壤反射率关系的实验方法中往往存在一些问题,文章也一一指出并提出了解决方案。同时,探讨了高光谱在消除植被影响,更好地反演土壤含水量方面的可行性。最后对未来的研究方向进行了展望。     

遥感数据在农业旱情监测中的应用研究进展

在全球变暖的背景下,农业干旱频发不仅严重影响区域粮食安全和生态安全,同时还威胁社会经济稳定和可持续发展。农业旱情遥感监测是预防农业旱灾发生发展的重要途径,可以为科学制定旱灾风险管理措施提供有力支撑。因此,厘清农业旱情遥感监测研究进展对于今后更好地开展农业旱情监测及预警研究以及进一步促进社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。基于此,系统梳理了当前遥感数据在农业旱情监测中的应用研究进展。针对不同的农业旱情评价对象,将旱情监测指标分为降水监测指标、土壤含水量监测指标和作物需水监测指标,并对不同指标涉及的遥感数据源和评价方法进行了归纳和总结。重点针对农业旱情监测涉及的最主要的两种典型地物（土壤和植被）的光谱特性差异和对水分变化的敏感波段不同,系统总结了微波遥感监测法,可见光、近红外与热红外遥感监测法和高光谱遥感监测法用于农业典型地物旱情监测的近今进展,并探讨了未来农业旱情遥感监测研究的主要发展方向,以期为今后更好地开展农业旱情预警和调控管理工作提供参考。     

高光谱遥感分区混合端元提取计算海洋溢油覆盖度

溢油覆盖度的估测是海洋溢油探测与灾害评估的重要内容,受航空航天传感器地面分辨率的限制,准确探测溢油覆盖度比较困难。在海洋风浪及破碎波作用下,溢油往往呈条带状分布。获取的高光谱数据中存在大量的油、水混合像元;传统图像分割方式计算溢油面积存在偏差,且受传感器角度、高度等影响,光谱变异明显,传统端元提取方法很难找到纯像元光谱。提出了一种通过分区混合端元计算海洋溢油覆盖度的探测方法。首先对影像进行分区并使用N-FINDR算法进行端元预选;然后再利用独立分量分析（ICA）方法进行端元精选,按照负熵最大输出得到候选端元,并将地面同步参考光谱作为约束引入相似性溢油端元识别;最后基于非负矩阵分解方法(NMF)求取端元丰度,通过太阳耀斑区的修正,得到真实的溢油覆盖度。分区混合端元的提取较好的解决了全局端元变异及环境适应性差的问题,使精选后的端元具有更好的环境鲁棒性。为更好地衡量该算法精度,采用仿真数据与真实高光谱影像数据相结合进行实验验证。仿真实验中,人工设定溢油丰度,使用均方根误差（RMSE）和丰度估计误差对比评估估计丰度与设定丰度之间的差别,并设计了算法适应性和抗噪实验。结果表明采用MNF和ICA两种高光谱压缩方法,丰度估计误差均低于3%,重构图像的最小均方根误差RMSE最高为0.030 6,且具有较好的抗噪能力,验证了该算法的有效性。真实实验中,使用2011年山东长岛溢油8景机载高光谱影像数据为真实测试数据,由于真实遥感数据往往缺失地面同步丰度数据,导致对算法精度进行评价比较困难,使用仿真数据交互验证与目视解译数据相结合的方法进行精度评价,通过耀斑区修正后估测的机载高光谱成像总的溢油覆盖面积为1.17 km2,溢油覆盖度为22.85%,与现场人工估测面积偏差为2.15%,明显高于传统方法。受海洋破碎波、光谱变异性影响,和航空航天遥感器地面分辨率的限制,海洋溢油遥感中单个像元进行丰度解析是一个难题。基于亚像元丰度分解思想,讨论了海洋溢油覆盖度的问题,提出一种较为完善的海洋溢油覆盖度的计算办法,通过仿真数据和实际的高光谱溢油数据进行了方法的验证,实现了较为客观的自动化溢油覆盖度（丰度）探测方法,可以较为准确的估测海洋溢油的覆盖度,对溢油遥感面积的业务化探测具有积极意义。     

遥感影像分类方法研究进展

遥感影像分类是遥感信息提取的重要手段,是目前遥感技术中的热点研究内容.分类方法是遥感影像分类的重要内容,有效地选择合适的分类方法是提高分类精度的关键.随着遥感技术的发展,传统的非参数分类方法已经难以满足分类精度需求,基于智能算法的非参数分类方法得到了迅速发展,并在遥感影像分类中发挥着重要作用.近年来,组合分类器由于能够...     

碳排放气体浓度遥感监测研究

结合国际碳排放气体浓度遥感监测最新研究进展,介绍了碳排放监测方法,以及碳排放气体浓度遥感监测技术(包括热红外、太阳波谱、主动遥感监测技术)。并详细介绍了目前已在使用和未来将采用的监测主要碳排放气体的几种星载传感器,并对这些传感器已获取的监测结果进行了详细分析。     

大气气溶胶偏振遥感研究进展

POLDER-1是国际上第一个可以获取偏振光观测的星载对地探测器, 随着POLDER/PARASOL等偏振仪器的应用, 偏振遥感在国际上已成为一个快速发展的研究领域, 并在大气气溶胶监测等方面发挥了重要的作用, 取得了一系列研究成果。从POLDER/PARASOL,APS(aerosol polarimetry sensor)和航空偏振相机、地基偏振观测平台三个方面综述了大气气溶胶偏振遥感近20年(1993-2013)的研究进展, 重点介绍: (1)POLDER/PARASOL陆地上空和海洋上空气溶胶参数反演算法; POLDER/PARASOL气溶胶光学厚度(AOD)产品精度验证、应用以及与MODIS等卫星AOD产品的对比分析。(2)MICROPOL,RSP和APS陆地上空和海洋上空气溶胶参数反演算法; 国产多角度航空偏振相机(directional polarimetric camera, DPC)的气溶胶参数反演算法。(3)CE318-2和CE318-DP的气溶胶地基偏振反演算法。其中卫星、航空和地面气溶胶参数反演的结果包括总的AOD、细粒子AOD、粗粒子AOD、粒子谱分布、粒子形状、复折射指数、单次散射反射率、散射相函数、偏振相函数以及云顶AOD。在以上研究基础上, 提出了大气气溶胶偏振遥感研究存在的问题及展望, 为大气气溶胶偏振遥感研究提供有价值的参考。     

运用光谱参数冠层覆盖度建立作物长势及氮营养状态模型

为了探索运用数码照片中光谱(红、绿、蓝)的像素计算得到的冠层覆盖度(canopy cover, CC)对玉米长势及氮素营养状态进行非破坏性监测的技术。通过获取玉米冠层的数码照片图像,定量化数码照片色彩参数与作物叶面积指数(leaf area index, LAI)、冠层干重(shoot dry matter weight, DM)、叶片氮素含量(leaf nitrogen content percentage, N%)之间的关系。试验于2012年和2013年在中国农业科学院试验田进行,运用基于Visual Basic Version 6.0研发的玉米冠层图像分析系统,分析了玉米品种中单909在3个氮素水平条件下分别于9叶展时期、抽雄期和灌浆期的CC、11种色彩指数与植株LAI,DM,N%及产量之间的相关性,并对相关性显著的指标进行了拟合与建模。结果表明,CC与LAI(r=0.93, p＜0.01),DM(r=0.94, p＜0.01),N%(r=0.82, p＜0.01)之间均达到了极显著水平;用CC估算LAI,DM和N%的模型均为幂函数,方程式分别是y=3.281 2x0.763 9,y=283.658 1x0.553 6,y=3.064 5x0.932 9;用与建模相独立的数据对模型验证,结果表明,CC估算LAI模型的实测值与模拟值基于1∶1直线的R2,RMSE和RE分别是0.996,0.035和1.46%;CC估算DM模型的R2,RMSE和RE分别是0.978,5.408 g和2.43%;CC估算N%模型的R2,RMSE和RE分别是0.990,0.054和2.62%。综上所述,模型能够较准确的通过CC估算不同氮肥水平条件下玉米9叶展时期、抽雄期和灌浆期的LAI,DM与N%,表明应用数码相机的光谱信息可实现对玉米生长过程中的生长状况及氮素营养状态进行实时无损快速监测与预测。     

Acoustic remote sensing of the atmosphere

I.IntroductionBy"remotesensing*ismeantatechniquefordctectingand/ormeasuringthelocation,shapc,featuresandstatcsofanobjcctfarbcyondbyaspecifiedtool.Andby"acousticremotescnsingoftheatmosphcre'isthusmeantthctechniquefordetcctingthcstatesoftheatmos-phercandvariousphenomenainitbysoundwavcsasatoo1farbeyond.Itisintcrcstingtonotethattheword"sound'means"acousticwaves'whenuscdasanoun,andhasthemeaningof"toexamine"or"toprobe'whenusedasatransitiveverb.ThcreIYomonecanscethecloserc1ationshipbetwccn"acoustic…     

不同积雪深度与面积对积雪覆盖遥感反演的影响

针对利用多源遥感数据进行积雪覆盖监测的需要,在分析不同深度与面积的积雪实测光谱基础上,探讨了在利用NDSI方法进行积雪覆盖遥感监测时,不同积雪深度对其的影响,并以HJ-1B卫星以及MODIS卫星为例,研究了不同积雪面积对遥感积雪反演的影响。结果表明,积雪深度几乎对遥感积雪覆盖监测的结果没有影响,而在积雪面积方面,受所使用的遥感影像空间分辨率的制约,对遥感积雪监测的结果有一定影响。     

微波后向散射数据改进农作物光谱分类精度研究

利用实验区环境星多光谱数据与Envisat ASAR VV极化数据进行融合.讨论了VV极化微波后向散射数据用于改善多光谱遥感数据农作物分类的精度,并比较了不同分类方法的分类精度.结果表明,两种数据之间的融合充分利用了环境星数据的光谱信息和VV极化数据对于地物结构敏感的特征,不但增强了不同地物之间的光谱差异,而且提高了作...     

富营养化水体环境中COD浓度遥感监测系统设计

对富营养化水体环境中COD浓度进行遥感监测,可以预防富营养化水体环境中COD浓度增加,提高水体水质,增加水循环次数,减少水体中有机物的污染。当前富营养化水体环境中COD浓度遥感监测系统设计方法,以Modis遥感影像数据为原理,依据富营养化水体环境中COD浓度的特征提取结果,对富营养化水体环境中COD浓度进行遥感监测,没有具体对遥感监测系统进行详细地设计,无法获取富营养化水体环境中COD浓度高精度的遥感监测信息,存在遥感监测结果偏差大的问题。提出了一种基于Zigbee的富营养化水体环境中COD浓度遥感监测系统设计方法。该方法先对Zigbee的富营养化水体环境中COD浓度遥感监测系统进行硬件设计,采用IMF对富营养化水体环境中COD浓度进行特征提取,以特征提取结果为基础,依据COD浓度指数时间序列实现富营养化水体环境中COD浓度遥感监测,最后利用Retinex法对COD浓度遥感监测的图像进行处理,完成对富营养化水体环境中COD浓度的遥感监测。仿真实验结果证明,所提系统设计方法可以精确地对富营养化水体环境中COD浓度进行安全快速的遥感监测。     

Passive remote sensing of planetary atmospheres and retrievals of atmospheric macro- and microphysical parameters

In two recent papers, referred to as Paper 1 and Paper 2 in the main text, we have pursued an idea that atmospheric weighting functions for any geophysical parameters essentially consist of two kinds of entities: weighting functions for the atmospheric radiative parameters, which directly enter the radiative transfer equation, and partial derivatives of the atmospheric radiative parameters with respect to atmospheric geophysical parameters. Corresponding analysis was performed for non-scattering and scattering planetary atmospheres for nadir-viewing geometry and thermal spectral region. In the present paper we conduct a study of the second group of above entities, the partial derivatives of atmospheric radiative parameters with respect to atmospheric geophysical parameters. Along the way, we analyze the role of radiative parameters of individual atmospheric constituents, which serve as intermediaries between the total radiative parameters of the atmosphere and its geophysical parameters. The obtained expressions, combined with radiative weighting functions, are used in the end-to-end expressions for the weighting functions obtained for various specific geophysical parameters.     

Iterative regularization methods for atmospheric remote sensing

In this paper we present different inversion algorithms for nonlinear ill-posed problems arising in atmosphere remote sensing. The proposed methods are Landweber's method (LwM), the iteratively regularized Gauss-Newton method, and the conventional and regularizing Levenberg-Marquardt method. In addition, some accelerated LwMs and a technique for smoothing the Levenberg-Marquardt solution are proposed. The numerical performance of the methods is studied by means of simulations. Results are presented for an inverse problem in atmospheric remote sensing, i.e., temperature sounding with an airborne uplooking high-resolution far-infrared spectrometer.     

An efficient analytical approach for calculating line mixing in atmospheric remote sensing applications

Collisional coupling between energy states in a molecule undergoing an optical transition can alter the line shape associated with the transition, an effect known as line mixing. Accounting for this effect in the analysis of remote sensing measurements of Earth's atmosphere by the Atmospheric Chemistry Experiment (ACE) yields reduced residuals, which leads to improved performance in the volume mixing ratio retrievals for some molecules. Analytical expressions are presented for the imaginary components of the polynomial ratios from the Humlicek algorithm, which provides approximate solutions to the complex probability function. These imaginary components are employed in the calculation of line mixing using the Rosenkranz first order approximation. Examples of line mixing in ACE measurements are presented, including a set of CH₄ lines that exhibit both line mixing and speed dependence. An efficient, analytical approach is proposed for calculating line shapes with a combination of line mixing and speed dependence. FORTRAN routines for calculating line mixing effects are provided as a supplement to the paper.