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基于Li-Strahler几何光学模型的区域人工林郁闭度反演

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航天返回与遥感 2024年第3期45卷 137-149页

作者：杨欣慰曹春香徐敏王凯民中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室(中国科学院) 北京100094

森林郁闭度是描述森林结构的一个重要因子,传统的森林郁闭度遥感反演经验模型对地面样地数据要求较高,且反演难以推广至区域尺度。针对上述问题,文章提出了一种结合Li-Strahler几何光学模型与线性光谱分解技术的区域人工林郁闭度反演方... 详细信息

森林郁闭度是描述森林结构的一个重要因子,传统的森林郁闭度遥感反演经验模型对地面样地数据要求较高,且反演难以推广至区域尺度。针对上述问题,文章提出了一种结合Li-Strahler几何光学模型与线性光谱分解技术的区域人工林郁闭度反演方法,以小班为基本单元利用不同优势树种的平均树高与平均冠幅半径等几何光学模型输入参数,基于混合像元线性光谱分解提取的光照地表分量丰度,实现郁闭度参数的反演。基于该方法分别在北方赤峰以及南方南宁研究区开展区域人工林郁闭度反演,并通过野外样地实测数据对估测结果进行精度验证,精度评价结果表明:北方赤峰研究区平原区域反演的均方根误差为0.08、平均绝对百分比误差为9.45%,山地区域反演的均方根误差为0.12、平均绝对百分比误差为14.04%;而南方南宁研究区平原区域反演的均方根误差为0.11、平均绝对百分比误差为8.68%,山地区域反演的均方根误差为0.13、平均绝对百分比误差为13.27%。上述结果表明文章提出的郁闭度遥感反演方法能够有效提升区域人工林郁闭度的估测精度,具有重要的应用价值。

关键词：郁闭度几何光学模型线性光谱分解人工林遥感影像

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卡尔曼滤波融合多源排放清单算法下的粤港澳大湾区FFCO_(2)排放时空演变格局研究

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1439-1451页

作者：赵群群赵静张灵先王拓杨腾飞赵琛牟乃夏山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094 国家对地观测数据中心北京100094

在卫星碳观测用于区域减排存在技术壁垒的背景下,全球尺度的高分辨率化石燃料二氧化碳(FFCO_(2))排放清单成为区域FFCO_(2)排放研究的主要数据来源,但现有的全球尺度FFCO_(2)排放清单用于区域研究仍存在显著的不确定性。为此,本研究定... 详细信息

在卫星碳观测用于区域减排存在技术壁垒的背景下,全球尺度的高分辨率化石燃料二氧化碳(FFCO_(2))排放清单成为区域FFCO_(2)排放研究的主要数据来源,但现有的全球尺度FFCO_(2)排放清单用于区域研究仍存在显著的不确定性。为此,本研究定量分析3种全球尺度的高分辨率FFCO_(2)排放清单(ODIAC 2020b,EDGAR v6.0,PKU-CO_(2)-v2)用于区域尺度研究的差异性和变异性,然后基于卡尔曼滤波将3组数据进行特征融合,探讨了粤港澳大湾区FFCO_(2)排放的时空演变格局。结果表明:①当前FFCO_(2)排放清单数据间存在着显著的差异性和变异性特点,以大湾区为例,在最佳表征空间分辨率3 km×3 km下,区域内网格单元的平均差异性达到140%,变异系数达到16.3%,单一的全球尺度FFCO_(2)排放清单数据用于区域或城市的FFCO_(2)排放研究结果不准确;②经卡尔曼滤波融合重构的2000—2018年长时间序列的新数据显示:卡尔曼滤波融合结果的不确定性由±15%~20%减少至±10%;③2000—2018年,大湾区FFCO_(2)排放的总体布局是广深港澳中心高排放,向外围区域逐渐降低为低排放区,并形成深圳、香港→广州→佛山、东莞→中山的排放转移路径。本文提出的区域FFCO_(2)排放研究思路在大湾区进行了示范应用,同时可应用于其他区域和城市。本研究的结论将为大湾区能源、资源优化布局提供科学依据,对低碳转型及高质量发展和“美丽湾区”建设具有重要意义。

关键词：粤港澳大湾区区域FFCO_(2)排放时空特征 Kalman滤波融合差异性变异性排放清单不确定性

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增强现实地图载体的空间认知负荷特征研究

地球信息科学学报 2024年第1期26卷 99-109页

作者：张国永龚建华张冬中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100094 中国科学院大学北京100049 浙江中科空间信息技术应用研发中心嘉兴314100

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打... 详细信息

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打印地形实体模型、以及桌面虚位空间3种不同类型载体的AR地图为研究对象,以目标搜索和路径规划为任务目标,开展不同载体AR地图空间认知实验研究。结果表明,在2组实验中三维实体模型载体AR地图的认知负荷指数(CLI)分别为2.53和4.84均显著低于二维地图和虚位载体,具有认知负荷低、沉浸在场感强的认知特征;二维地图载体的认知负荷指数略低于虚位空间载体,但两者并无显著差异;同时,两组实验对比分析结果显示,随着任务难度提升,二维地图载体和虚位空间载体AR地图的认知负荷显著增加,但三维实体模型载体AR地图的认知负荷未显著增加,表明实体模型载体在面向复杂空间认知任务时具有较低认知负荷的优势。此外CLI和任务难度的同步变化也表明脑电数据对空间认知实验敏感,能有效反映空间认知实验过程中的认知特征变化。

关键词：增强现实地图空间认知地图载体三维打印地形模型虚位空间认知负荷脑电实验

基于FY-3D电离层光度计数据开展夜间135.6nm辉光辐射强度对赤道环电流指数Dst的响应特性研究

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2496-2505页

作者：江芳毛田付利平王劲松胡秀清贾楠王天放李叶飞中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室北京100090 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100090 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100090 国家卫星气象中心北京100081 中国科学院大学北京100049 上海卫星工程研究所上海200240

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、... 详细信息

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、电子总含量以及白天大气氧原子和氮分子的柱密度比O/N2等参数.本文基于IPM夜侧数据研究了在非极光区的中低纬度上,135.6 nm波段辐射强度在磁暴时与磁平静时的相对变化.研究表明,135.6 nm波段辐射强度极易受到磁暴影响发生扰动,对Dst指数响应十分敏感,即使是较弱的磁暴,135.6 nm波段辐射强度也会出现增强,辐射增强出现的时间与磁暴的主相与恢复相有很好的对应性;通过与IGS(International GNSS Service)提供的TEC比对研究表明,磁暴期间135.6 nm辐射增强并非仅由与电离层电子密度信息正相关的O+和电子辐射复合机制产生的辐射贡献引起;多个不同强度的磁暴事件研究表明,135.6 nm辐射强度在磁暴时相对平静时的增加量与Dst指数呈反比,即Dst指数越低,135.6 nm辐射强度的增加量越大,且纬度越高,135.6 nm辐射强度的增加量越大.

关键词： Dst指数 135.6 nm气辉辐射强度峰值电子密度电子总含量

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时空协同的农业种植结构遥感精细制图

遥感学报 2024年第8期28卷 2014-2029页

作者：张冬韵吴田军骆剑承董文孙营伟杨颖频海云瑞孟博文刘巍中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室(中国科学院) 北京100101 中国科学院大学北京100049 长安大学理学院西安710064 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 广州大学地理科学与遥感学院广州510006 宁夏农林科学院农业经济与信息技术研究所银川750000

农业是国民经济的重要组成成分,精准地掌握农作物种植结构信息是精细化农业应用的基础。本文挖掘不同源遥感数据的时空特征互补优势,设计了一种时空协同的农业种植结构遥感制图方法,考虑将高空间分辨率遥感影像提取的耕地地块作为基本单... 详细信息

农业是国民经济的重要组成成分,精准地掌握农作物种植结构信息是精细化农业应用的基础。本文挖掘不同源遥感数据的时空特征互补优势,设计了一种时空协同的农业种植结构遥感制图方法,考虑将高空间分辨率遥感影像提取的耕地地块作为基本单元,再结合高时间分辨率遥感影像的光谱时序信息,在深度学习技术支持下实现地块尺度的作物分类识别和种植结构精准制图,进而可分析主要作物的空间分布特征。宁夏引黄灌区的试验案例结果表明:(1)本实验共获取研究区耕地地块149万个,总面积约54万ha,总体分类精度为0.80;(2)相比于利用传统的制图单元和机器学习方法,基于RCF网络从高分影像上获取的耕地地块形态信息更准确,与实际农业耕作管理单元更匹配,基于Bi-LSTM网络进行作物分类能够将时间序列特征的上下文信息考虑在内,且能保证更高的分类识别精度;(3)玉米、水稻、小麦和蔬菜是研究区的主要作物,其中玉米是种植面积最大的优势作物,空间分布最为广泛,菜地主要集中分布在永宁县和青铜峡市,水稻集中分布在灌溉便利的区域,而小麦大规模种植面积较少,其中小麦夏季收割后种植其他作物的情况主要集中于青铜峡灌区,且复种指数呈现由南向北逐渐降低的趋势。

关键词：遥感作物种植结构时空协同深度学习耕地地块 NDVI时间序列宁夏引黄灌区

结合足迹和相位信息的SAR高层建筑三维重建

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系统工程与电子技术 2024年

作者：刘宁李芳芳李新武洪文中国科学院空天信息创新研究院中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室中国科学院大学电子电气与通信工程学院中国科学院数字地球重点实验室

针对城区高层建筑形式多样、分布密集导致的相邻建筑区分和叠掩区长度提取困难的问题，提出了一种结合足迹和相位信息的高分辨率合成孔径雷达高层建筑三维重建方法。引入外部足迹信息与二次散射亮线配准，得到合成孔径雷达图像上完整、... 详细信息

针对城区高层建筑形式多样、分布密集导致的相邻建筑区分和叠掩区长度提取困难的问题，提出了一种结合足迹和相位信息的高分辨率合成孔径雷达高层建筑三维重建方法。引入外部足迹信息与二次散射亮线配准，得到合成孔径雷达图像上完整、准确的建筑足迹，实现复杂情况下的相邻高层建筑区分。基于建筑足迹与干涉相位、足迹方向与干涉条纹方向的关系，准确提取各足迹边叠掩区长度，获得建筑高度。最后，提取足迹缺失的高层建筑参数。根据各建筑足迹和高度实现高层建筑三维重建。实验结果表明，本文方法具有较好的高层建筑三维重建能力。

关键词：建筑足迹干涉合成孔径雷达高分辨率合成孔径雷达高层建筑三维重建

Noah-MP陆面过程模式在雅鲁藏布江流域径流模拟中的适用性评估

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科学通报 2024年第4期69卷 630-644页

作者：杨恒雷享勇郑辉费雯丽刘志武林佩蓉中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所北京100871 中国科学院大气物理研究所北京100029

雅鲁藏布江(以下简称雅江)流域的气象水文模拟是当前全球变化研究的热点与难点.Noah-MP(the Noah land surface model with multi-parameterizations)陆面过程模式作为该区域气象水文双向耦合过程的重要数值模拟工具,鲜有研究针对其径... 详细信息

雅鲁藏布江(以下简称雅江)流域的气象水文模拟是当前全球变化研究的热点与难点.Noah-MP(the Noah land surface model with multi-parameterizations)陆面过程模式作为该区域气象水文双向耦合过程的重要数值模拟工具,鲜有研究针对其径流模拟能力进行过系统性评估,限制了模式在该区域的水文应用.本研究基于中国区域地面气象要素数据集CMFD(China Meteorological Forcing Dataset)驱动Noah-MP模式,对雅江流域2000~2018年的径流进行时空分辨率为3 h/5 km的数值模拟;选取与流域径流产生机制相关的10个主要物理过程,评估了16种参数化方案组合对于径流模拟的影响,并确定了最优参数化方案组合.结果表明:(1)采用默认参数化方案,Noah-MP在奴下站的月尺度模拟纳什效率系数NSE(Nash-Sutcliffe efficiency)为0.23、偏差百分比PBias为–35.79%,而采用基于临界温度的雨雪分离方案、改进的二流近似辐射传输方案以及基于BATS的产流方案后,PBias分别减少至–23.36%、3.85%、–17.19%,NSE分别提高至0.37、0.58、0.60,显著优于默认方案;(2)进一步基于优选方案进行组合,奴下、羊村、奴各沙的月尺度径流NSE分别提高至0.89、0.87、0.81,而最上游拉孜站NSE仅为–0.06,低于个别方案,这表明拉孜流域的产流机制可能不同于下游流域.研究结果表明,无参数率定的Noah-MP模式在雅江径流模拟中的表现较为优异,具有较高的应用潜力,未来可通过进一步改进雨雪分离、辐射传输、产流过程的参数化方案来提高模式在高寒区的径流模拟能力.

关键词：陆面过程模式参数化方案雅鲁藏布江流域径流模拟适用性

气候变化背景下青藏高原湿地生态系统响应特征：回顾与展望

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气候变化研究进展 2024年第5期 509-518页

作者：牛振国景雨航张东启张波中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室中国气象科学研究院

高寒湿地是青藏高原重要的地表覆盖类型之一，连接了高原不同的地理圈层，对于维持高原生态系统功能具有重要作用和价值。湿地固有的系统特征和高原特殊的自然地理环境决定了高原湿地生态系统对气候变化敏感。已有研究表明，青藏高原湿... 详细信息

高寒湿地是青藏高原重要的地表覆盖类型之一，连接了高原不同的地理圈层，对于维持高原生态系统功能具有重要作用和价值。湿地固有的系统特征和高原特殊的自然地理环境决定了高原湿地生态系统对气候变化敏感。已有研究表明，青藏高原湿地类型多样，但研究间差异大；湿地对气候变化的响应表现了显著的时空差异和类型差异；高原湿地的综合生态功能有待于深入开展科学评估；湿地相关专题数据产品的缺乏等问题限制了对湿地在碳循环、生物多样性保护等领域的深入研究。未来需加强多源技术综合、多学科交叉研究，开展湿地变化的环境效应模拟和生态功能的定量评估研究等建议，为高寒湿地的可持续管理提供科学支持。

关键词：青藏高原高寒湿地湿地遥感湿地生态系统气候变化

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星载激光雷达遥感技术进展与发展趋势(特邀)

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中国激光 2024年第11期51卷 181-200页

作者：陈卫标刘继桥竹孝鹏毕德仓侯霞中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室上海201800

星载激光雷达遥感技术,作为主动光学遥感手段,具有高垂直分辨率、高探测精度、全天时测量等优势,能获取一些传统被动光学或者微波遥感无法获得的信息。随着激光器及探测技术的进步,发展了不同探测体制的星载激光遥感技术,这些技术先后... 详细信息

星载激光雷达遥感技术,作为主动光学遥感手段,具有高垂直分辨率、高探测精度、全天时测量等优势,能获取一些传统被动光学或者微波遥感无法获得的信息。随着激光器及探测技术的进步,发展了不同探测体制的星载激光遥感技术,这些技术先后在深空探测和对地观测等多个领域得到重要应用。星载激光遥感技术的主要应用包括行星和月球的三维高程测量,地球大气云和气溶胶三维廓线、大气三维风场、温室气体浓度及海洋立体剖面等的测量,并先后在多个空间任务中得到了有效验证。对于一些重要应用领域的高精度测量,星载激光遥感技术是唯一有效的方法。星载激光雷达的长寿命和高测量精度在轨得到了验证,使得星载激光遥感技术从空间演示验证逐渐实现业务化运行,将在未来的陆地测绘、气候、气象研究及环境监测中发挥重要作用。最近20年,中国星载激光雷达遥感技术发展迅速,在多个领域取得国际领先的创新成果,包括星载温室气体二氧化碳探测激光雷达和高光谱气溶胶探测激光雷达等,正在服务国家重大应用,为国际星载光学主动遥感作出了重要贡献。

关键词：星载激光遥感激光高度计多普勒测风激光雷达差分吸收激光雷达气溶胶后向散射激光雷达