A new method to retrieve aerosol optical thickness from satellite images on a parallel system

A wide variety of algorithms have been developed to monitor aerosol burden from satellite images. Still, few solutions currently allow for real-time and efficient retrieval of aerosol optical thickness （AOT）, mainly due to the extremely large volume of computation necessary for the numeric solution of atmospheric radiative transfer equations. Taking into account the efforts to exploit the SYNergy of Terra and Aqua Modis （SYNTAM, an AOT retrieval algorithm）, we present in this paper a novel method to retrieve AOT from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS） satellite images, in which the strategy of block partition and collective communication was taken, thereby maximizing load balance and reducing the overhead time during inter-processor communication. Experiments were carried out to retrieve AOT at 0.44, 0.55, and 0.67μm of MODIS/Terra and MODIS/Aqua data, using the parallel SYNTAM algorithm in the IBM System Cluster 1600 deployed at China Meteorological Administration （CMA）. Results showed that parallel implementation can greatly reduce computation time, and thus ensure high parallel efficiency. AOT derived by parallel algorithm was validated against measurements from ground-based sun-photometers; in all cases, the relative error range was within 20%, which demonstrated that the parallel algorithm was suitable for applications such as air quality monitoring and climate modeling.     

基于光谱分析的果树树种辨识研究

利用冠层光谱反射率数据(R_λ),对处于果实成熟期的七种挂果果树的树种进行了辨识研究。通过光谱数据重采样、植被指数求算等相关数据处理,比较了六种卫星传感器与四种植被指数对果树树种的辨识效能,并在优选数据形式、优化模型参数的基础上,建立了辨识果树树种的BP神经网络模型。主要结论为：(1)六种卫星传感器辨识果树树种的效能由强到弱的排列顺序为：MODIS,ASTER,ETM+,HRG,QUICKBIRD,IKONOS;(2)在四种植被指数中,RVI对果树树种的辨识效能最强,其次是NDVI,SAVI与DVI的辨识效能相对较弱;(3)用MODIS或ETM+传感器的近红外通道与红光通道上的反射率数据,求算的RVI与NDVI对果树树种的辨识效能相对较强;(4)在R_λ及其22种变换数据中,波长间隔设为9 nm的d1[log(1/R_λ)] ,是建立BP神经网络模型的首选数据形式;(5)利用波长间隔设为9 nm的d1[log(1/R_λ)] 这一数据形式,建立了辨识果树树种的3层BP神经网络模型。     

空间碎片问题的现状和未来

自1957年10月4日前苏联发射世界上第一颗人造地球卫星Spulnik1算起,人类进入太空时代已有50年,从此大约又进行了4500次太空发射。人造航天器大体可分为两类。一类是无人航天器,包括人造地球卫星和各种空间探测器。人Z造地球卫星是一种环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。按用途可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星,应用卫星直接为国民经济和军事服务,因而用途也最广。在人类发射的人造卫星中,90％以上是应用卫星。应用卫星按其用途又可具体分为空间物理探测卫星、通信卫星、天文卫星、气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星等。     

细数“嫦娥一号”的八大宝贝

2007年10月24日18时5分,中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”在四川西昌卫星发射中心成功升空。在克服了可靠性、无法预知的空间环境风险和技术方面可能的不确定性等诸多威胁,历时十天,经过多次变轨、中途修正、近月制动、捕获月球等数百个动作,“嫦娥一号”终于扑入了月球的怀抱。又经过多次调整,“嫦娥一号”进入了周期为127分钟、高为200千米的环月轨道。     

卫星和地基遥感观测资料约束下的核-壳态气溶胶光学特性模拟研究

针对结合星地观测与模型定量模拟消光性气溶胶光学特性及黑碳质量空间分布这一热点问题,利用TROPOMI卫星紫外波段观测数据与AERONET地基观测数据,基于“核-壳”假设下的米散射模型提出了一种准确量化黑碳气溶胶质量空间分布的模拟方法,并对北京、香港、首尔三个站点的模拟结果进行分析与验证。多源数据约束后米散射模型模拟得到的结果显示：北京的吸收系数在0.04～0.13之间,香港的吸收系数整体小于0.08,首尔的吸收系数介于0.02～0.06之间。计算得到的黑碳气溶胶柱内质量空间分布结果显示：北京站黑碳气溶胶柱内质量在200～600 kg/grid之间,香港站黑碳气溶胶柱内质量在180～650 kg/grid之间,首尔站黑碳气溶胶柱内质量在300 kg/grid以下。结合卡尔曼滤波排放清单与一阶箱模型对黑碳气溶胶柱内质量结果进行间接验证,计算得到的黑碳气溶胶生命周期为1～4 d不等,符合其在大气中的真实状态,说明结果具有一定可靠性。通过对比加入TROPOMI紫外波段卫星观测数据前后对模型进行约束得到的粒径分布及吸收系数结果的差异发现：加入紫外波段观测数据对模拟结果具有一定增强作用。所提方法模...     

弹载惯性/卫星/星光高精度组合导航

选取捷联惯导系统误差作为组合导航系统状态,利用捷联惯导与卫星导航系统各自的位置输出构造量测,设计惯性/卫星组合导航算法。在惯性/星光组合导航算法设计中,对星敏感器安装误差进行建模并也列入组合导航系统状态,利用星敏感器输出的姿态矩阵和根据惯导输出计算得到的等效姿态矩阵构造量测。从而,利用联邦滤波技术设计出弹载惯性/卫星/星光高精度组合导航方法。该组合导航方法的仿真结果表明,其定位、定姿精度分别达到12.1m(3σ)和0.27′(3σ),而且能够有效标定出惯性器件的随机常值误差和星敏感器的安装误差。     

飞行物体对微波链路遮挡效应的角谱法分析(邀请)

利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号,提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的,提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述,用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响,为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。     

光学遥感卫星飞轮微振动仿真和地面实验研究

为了对光学遥感卫星中飞轮微振动带来的成像像移进行精确预估,研究了飞轮微振动对成像影响的相关机理,建立了理论分析模型,搭建了高仿真度实验测量平台.研究微振动对成像影响机理,构建从飞轮扰振特性到成像像移之间的传递函数表达式,理论证明了谐波特性和模态特性是飞轮微振动对成像像移影响的两大重要特性.搭建高仿真度的实验平台对微振动影响下的图像像移进行精确测量.对比理论模型分析所得像移和实验测量数据,分析两者结果不一致产生的原因.结果表明:理论与测量的像移结果中谐波特性非常一致,两者具有几乎一致的典型的谐波因子;模态特性在低频段具有较高一致性,中低频段误差在8%以内.     

基于QDOAS的多轴差分吸收光谱测量对流层HCHO的研究

由于甲醛在大气光化学反应中的重要性及其对环境、气候和人类健康的危害,监测、有效控制甲醛浓度已经成为一件刻不容缓的要事。目前传统的监测多局限于基于化学方法、色谱法的室内监测,或是室外较小范围的监测,室外大范围的大气中的甲醛监测往往为人们所忽视。为了有效监测大气中大范围的甲醛（HCHO）浓度,建立了地基MAX-DOAS观测系统,与主动DOAS观测系统相比,该观测系统不受光源和反射装置限制,平台搭建简单,测量范围广。2018年在合肥地区(117°17′E, 31°90′N)夏季开展了基于地基MAX-DOAS的外场连续观测实验,结合新一代光谱处理软件QDOAS利用DOAS算法的非线性最小二乘拟合反演甲醛（HCHO）的斜柱浓度,并通过大气质量因子（AMF）将甲醛（HCHO）的斜柱浓度转换为柱浓度,并分析了7月份的观测数据,结果表明,低仰角下甲醛的差分斜柱浓的值较高,说明,对流层甲醛主要集中在接近地表的位置。从实验数据还可以看到,二氧化氮与甲醛的变化趋势基本一致,说明大气中的甲醛与机动车排放或是工业排放出的的氮氧化物（NO₂等）在大气的源与汇过程中具有一定的相关性。通过地基MAX-DOAS测量数据与OMI观测值的比较发现,二者的变化趋势具有良好的一致性,且相关系数为0.518 9,并分析了OMI观测值偏低的原因。研究结果表明,地基MAX-DOAS系统不仅可以对区域污染的演变进行研究,也为甲醛的测量提供了一种实时、快速的监测手段,为分析大气甲醛的来源提供了一种新的解析手段,为验证卫星观测数据提供了一种有效的手段。     

小行星的卫星

 公布太阳系第十大行星的发现两星期后,2005年8月11日的《自然》杂志又公布首次发现一颗小行星有两颗卫星或三重小行星的有趣消息。因为有的小行星可能游荡到地球附近,潜在着撞击地球的重大危害,这就引起人们的普遍关注。小行星的发现和命名天文学家早就感到火星和木星的轨道间距太大,开普勒推测此间距内应当有一颗未知的行星。1766年德国中学教师提丢斯得出,行星的轨道半长径形成简单的数列,1781年柏林天文台台长波得(J.E.Bode)加以宣传,总结成经验规律:an=0.3+2n-2×0.4(天文单位),水星n=-∞,金星n=2,地球n=3,火星n=4,木星n=6,土星n=7,因此称为提丢斯-波得定则。