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Landsat 5 TM沙丘迁移场的误差消除与时序反演:以毛乌素沙地西北部沙丘为例

遥感学报 2023年第11期27卷 2552-2564页

作者：杨定江冯光财冯志雄李国帅张洁中南大学地球科学与信息物理学院雷达遥感实验室长沙410083 中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室&国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统科学国家重点实验室北京100101 青海省基础测绘院西宁810001

通过COSI-Corr软件处理Landsat 5 TM可以较好地量化沙丘的迁移模式和速度大小,为防沙治沙工程的实施提供具体的指导和建议。目前关于Landsat 5 TM迁移场误差源分析和时序反演研究仍然较少。本文以毛乌素沙地西北部为研究区域获取了1991... 详细信息

通过COSI-Corr软件处理Landsat 5 TM可以较好地量化沙丘的迁移模式和速度大小,为防沙治沙工程的实施提供具体的指导和建议。目前关于Landsat 5 TM迁移场误差源分析和时序反演研究仍然较少。本文以毛乌素沙地西北部为研究区域获取了1991年—2000年的沙丘迁移时间序列和年平均速度场,发现Landsat 5 TM迁移场的主要误差为轨道误差、姿态角误差和失相关噪声,这些误差消除后,精度相继提升23%—34%、4%—20%、2%—5%,再利用最小二乘法反演后可提升13%—14%。监测结果表明,1991年—2000年毛乌素沙地西北部沙丘向东南方向持续推进,最大速度可超过6 m/a,但受到西北—东南向的风力作用下,沿西北—东南向存在周期性往返运动;研究区域速度为0—1 m/a的占63.9%,大于3 m/a的则只有4.2%。Landsat 5 TM的误差消除和时序反演能有效地提高迁移场精度,进而获取更加准确可靠的时间序列。与以往研究不同的是,沙丘迁移场的误差消除和时序反演后可以更细致地反映出沙丘地表的实际风能环境。

关键词： Landsat 5 TM COSI-Corr 误差分析沙丘迁移毛乌素沙地

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拉萨河流域典型区域保护、修复、治理技术示范体系

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科学通报 2021年第22期66卷 2775-2784页

作者：安宝晟姚檀栋郭燕红王伟财李久乐李新王忠彦中国科学院青藏高原研究所中国科学院青藏高原环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101 中国科学院青藏高原研究所国家青藏高原科学数据中心北京100101

青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,是我国重要的生态安全屏障[1],是地球上最独特的地质-地理-生态单元,是开展地球与生命演化、圈层相互作用及人地关系研究的天然实验室[2].近50年,青藏高原自然与社会环境发生了剧烈变化,气... 详细信息

青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,是我国重要的生态安全屏障[1],是地球上最独特的地质-地理-生态单元,是开展地球与生命演化、圈层相互作用及人地关系研究的天然实验室[2].近50年,青藏高原自然与社会环境发生了剧烈变化,气候变暖幅度约是同期全球平均值的2倍[3],是全球变暖背景下环境变化不确定性最大的地区。

关键词：生态安全屏障生态单元生命演化示范体系地球第三极全球变暖天然实验室人地关系

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极端生态环境水循环关键参量监测设备与物联网监测系统研制和示范

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生态学报 2025年第3期45卷 1251-1260页

作者：刘绍民徐自为黄晓东周纪孙义博陈莹莹晋锐徐同仁北京师范大学地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室北京100875 兰州大学草地农业科技学院兰州730000 电子科技大学资源与环境学院成都611731 中国环境科学研究院国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室北京100012 中国科学院青藏高原研究所国家青藏高原科学数据中心青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000

极端生态环境水循环关键参量监测设备基本依赖进口,部分关键参量尚无原位监测设备或缺乏大范围监测设备,且信息化、智能化水平低,亟需自主研发相关监测设备与物联网监测技术,填补国内外相关设备的空白或实现国产替代。本文主要介绍国家... 详细信息

极端生态环境水循环关键参量监测设备基本依赖进口,部分关键参量尚无原位监测设备或缺乏大范围监测设备,且信息化、智能化水平低,亟需自主研发相关监测设备与物联网监测技术,填补国内外相关设备的空白或实现国产替代。本文主要介绍国家重点研发计划重点专项“典型脆弱生态系统保护与修复”2023年立项的项目“极端生态环境水循环关键参量监测设备与物联网监测系统研制和示范”(2023YFF1303500)的立项背景、主要研究内容、实施方案以及考核指标与创新点等。本项目紧密围绕国家生态监测需求,瞄准极端生态环境水循环关键参量高精度、自动、稳定监测等技术难点,研制极端生态环境(高寒、干旱)水循环关键参量监测设备6套,研建极端生态环境物联网监测系统1套,并开展基于物联网监测系统的研制设备野外测试和示范应用。项目将满足国家“三区四带”生态安全屏障建设的重大科技需求,实现极端生态环境水循环关键参量监测设备的自主创新与升级换代,大幅度提升极端生态环境野外台站监测的信息化、智能化水平,服务于我国脆弱生态系统的保护与修复。

关键词：极端生态环境水循环监测设备物联网监测系统野外测试与示范

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黑河遥感试验:回顾与展望

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遥感学报 2023年第2期27卷 224-248页

作者：李新刘绍民柳钦火肖青车涛马明国晋锐冉有华闻建光徐自为李增元中国科学院青藏高原研究所、青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室、国家青藏高原科学数据中心北京100101 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院西北生态环境资源研究院、中国科学院黑河遥感试验研究站兰州730000 西南大学地理科学学院、重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

地球系统科学的基石之一是地球观测系统,许多观测试验甚至成为一个阶段地球系统科学认识和研究方法进步的里程碑。在这些观测试验中,遥感试验始终是核心组成部分。黑河遥感试验是以中国典型内陆河流域——黑河流域为研究区,以流域内山... 详细信息

地球系统科学的基石之一是地球观测系统,许多观测试验甚至成为一个阶段地球系统科学认识和研究方法进步的里程碑。在这些观测试验中,遥感试验始终是核心组成部分。黑河遥感试验是以中国典型内陆河流域——黑河流域为研究区,以流域内山区冰冻圈、人工绿洲、天然绿洲的生态水文过程为研究对象,于2007年—2017年开展的大规模、多学科卫星—航空—地面综合遥感试验,历经“黑河综合遥感联合试验”和“黑河生态水文遥感试验”两个阶段,由52家单位,670余位科研人员参与,650多个试验数据集全部共享。黑河遥感试验以流域复杂异质性地表研究为特点,在多尺度观测方法创新、定量遥感发展、生态水文应用等方面取得了突破,实现了定量遥感和流域生态水文集成研究的深度结合。论文回顾了黑河遥感试验10年历程,凝练了尺度转换、异质性度量、不确定性定量的多尺度试验三原则,总结了星机地一体化、流域—子流域—足迹—单点多尺度嵌套、传感器网络、通量矩阵多尺度观测新方法,介绍了在多源遥感协同反演方法、异质性辐射传输模型、遥感产品真实性检验技术上的进步。在试验中也研发了降水、积雪、蒸散发、土壤水分、净初级生产力等10多种高分辨率流域尺度生态水文产品,并通过与流域生态水文模型的深度集成,算清了流域水账,揭示了绿洲—荒漠相互作用的完整图景,提出了涡动相关仪能量平衡不闭合的诊断方程。黑河遥感试验结束后,其观测系统转为黑河流域地表过程综合观测网继续运行,并持续孕育观测的新理论、新方法,更好地服务流域科学的探索和实践。

关键词：黑河流域遥感试验流域观测系统多尺度观测航空遥感定量遥感尺度转换遥感产品真实性检验流域科学生态水文

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2012年张掖绿洲-荒漠区域水热碳通量及气象要素观测矩阵数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2023年第3期8卷 315-327页

作者：徐自为刘绍民李新徐同仁朱忠礼北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101

绿洲-荒漠生态系统是干旱/半干旱区特有景观,其水热碳通量的观测和研究对绿洲稳定与可持续发展具有重要的意义。本研究以黑河流域中游甘肃张掖绿洲-荒漠区域为研究对象,基于2012年在该区域开展的国际领先的通量观测矩阵试验,整理了观测... 详细信息

绿洲-荒漠生态系统是干旱/半干旱区特有景观,其水热碳通量的观测和研究对绿洲稳定与可持续发展具有重要的意义。本研究以黑河流域中游甘肃张掖绿洲-荒漠区域为研究对象,基于2012年在该区域开展的国际领先的通量观测矩阵试验,整理了观测试验获取的水热碳通量和气象要素数据,包括30 km×30 km和5.5 km×5.5 km两个嵌套的矩阵内21个观测点共22套涡动相关仪和21套自动气象站,4组大孔径闪烁仪和3组植物液流仪,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度、树木蒸腾等。本数据集经过了严格的数据质量控制,可用于研究绿洲荒漠区域水热碳通量变化特征及影响机制,并为模式模拟或遥感估算结果等提供可靠的验证数据。

关键词：涡动相关仪自动气象站大孔径闪烁仪植物液流仪黑河流域绿洲荒漠区域

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中国遥感实验与真实性检验的发展思考

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遥感学报 2023年第3期27卷 573-583页

作者：闻建光柳钦火李增元李新刘绍民肖青高志海马明国车涛刘良云方红亮阎广建葛咏陈尔学张勇马灵玲吴小丹陈曦中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国林业科学院资源信息研究所北京100091 中国科学院青藏高原研究所国家青藏高原科学数据中心北京100101 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国气象局国家卫星气象中心北京100081 兰州大学资源环境学院兰州730000 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

遥感实验与真实性检验始终在遥感科学与技术发展中发挥重要的作用,遥感实验是真实性检验的基础,真实性检验是遥感算法精度的重要保障,是遥感产品质量提升的重要途径。中国遥感实验和真实性检验发展历经遥感应用实验、定量遥感机理研究... 详细信息

遥感实验与真实性检验始终在遥感科学与技术发展中发挥重要的作用,遥感实验是真实性检验的基础,真实性检验是遥感算法精度的重要保障,是遥感产品质量提升的重要途径。中国遥感实验和真实性检验发展历经遥感应用实验、定量遥感机理研究实验以及真实性检验综合实验等3个主要发展阶段,遥感系列实验有力推动了中国遥感真实性检验理论和方法的发展,形成了从遥感观测到像元“真值”的遥感产品真实性检验系统性技术链条,发布实施了遥感真实性检验系列国家标准,构建了中国算法测评与真实性检验平台。2022年11月4—6日,中国举行了“首届遥感实验与真实性检验学术论坛”,围绕遥感实验与真实性检验理论与实践、地面观测与不确定性、真实性检验实践与平台、遥感实验与真实性检验的未来发展等多个议题展开了热烈的交流与讨论。论文在总结和回顾中国遥感实验与真实性检验领域主要进展的基础上,阐述中国遥感实验与真实性检验面临的问题与挑战,文章最后对其发展前景进行了展望。

关键词：遥感实验真实性检验优化采样尺度转换像元真值

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Noah-MP陆面模式在高寒草地生长季水热交换的模拟评估和改进

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中国科学：地球科学 2022年第4期52卷 679-696页

作者：孙爽郑东海刘绍民徐自为徐同仁郑辉杨晓帆北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院东亚区域气候环境重点实验室(全球变化东亚区域研究中心) 北京100029

高寒草地是青藏高原的主要生态系统,其水热交换的准确模拟对于加强高原陆气相互作用过程的认识具有十分重要的意义.本文利用青藏高原东北部黑河流域上游地表过程综合观测网的四个高寒草地站点生长季观测数据,对Noah-MP陆面模式的集合数... 详细信息

高寒草地是青藏高原的主要生态系统,其水热交换的准确模拟对于加强高原陆气相互作用过程的认识具有十分重要的意义.本文利用青藏高原东北部黑河流域上游地表过程综合观测网的四个高寒草地站点生长季观测数据,对Noah-MP陆面模式的集合数值模拟进行了评估,并对参数化方案进行了改进.首先开展了生长季7个主要物理过程/物理量的集合数值模拟试验,共计1008种参数化选项组合方案,并基于泰勒技巧分选取适合高寒草地水热交换模拟的参数化选项组合方案;在此基础上,通过引入新的热力学粗糙度、土壤水力性质和根系垂直分布的参数化方案进一步改进了Noah-MP的水热交换模拟精度.研究发现:(1)Noah-MP在高寒草地生长季的水热交换模拟主要受植被动态生长(Dveg)、冠层气孔阻抗(Crs)、地表径流与地下水(Run)和地表热力交换系数(Sfc)四个物理过程/物理量的影响,它们的参数化选项对模拟结果影响较大;(2)Noah-MP框架下选取的最优参数化选项组合方案在所有站点均存在明显的感热通量(H)高估和土壤水分(θ)低估的问题;(3)通过引入新的热力学粗糙度的参数化方案能够显著改进H的高估问题,进一步引入考虑有机质影响的土壤水力性质参数化方案和新的根系垂直分布函数能够显著改进θ的低估问题.本文的结果为进一步改进陆面模式在高寒草地的水热交换模拟提供了重要参考.

关键词： Noah-MP陆面模式高寒草地集合数值模拟试验参数化选项组合方案参数化方案改进

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青藏高原暖季中西部的断面降雨观测:系统设计与初步结果

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中国科学：地球科学 2023年第5期53卷 1006-1021页

作者：阳坤陈莹莹拉珠詹昌辉令小艳周旭姜尧志姚向楠卢麾马小刚欧阳琳潘伟任扬航邵长坤田佳鑫王岩杨桦岳思妤张可赵定池赵龙周建宏邹宓君清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 西藏大学理学院生态研究中心拉萨850000 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降... 详细信息

青藏高原中西部环境恶劣,地表圈层相互作用强烈,近40年来气候和水循环变化显著.降水实测数据匮乏是该地区地表过程研究的一个瓶颈.近6年来,我们为该地区设计并建立了降雨的南北观测断面和东西观测断面,获得了暖季(5~9月)的小时分辨率降雨数据.南北断面从喜马拉雅山南坡的亚东河谷延伸到高原腹地的双湖县,共31个站;东西断面从高原西边的狮泉河延伸到中部的那曲,共22个站.该观测数据已应用于阐明高原中西部降水的时空变化特征,评价典型格点降水产品的质量,支持区域气候模式的开发,揭示夏季的湖气相互作用过程.该观测数据已在国家青藏高原科学数据中心公布.

关键词：青藏高原中西部降雨观测断面观测不确定性降水时空特征降水数据评估

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青藏高原降水再循环率与水汽来源辨析

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中国科学：地球科学 2022年第3期52卷 574-578页

作者：阳坤汤秋鸿卢麾清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101

降水再循环率(即蒸发-降水反馈强度)和水汽来源是区域水循环的两个关键环节,它们的量化对于理解水循环过程及其变化至关重要.关于青藏高原降水再循环率和水汽源的已有研究结果存在很大争议.文章厘清了理解水循环的不同视角,指出蒸发与... 详细信息

降水再循环率(即蒸发-降水反馈强度)和水汽来源是区域水循环的两个关键环节,它们的量化对于理解水循环过程及其变化至关重要.关于青藏高原降水再循环率和水汽源的已有研究结果存在很大争议.文章厘清了理解水循环的不同视角,指出蒸发与降水之比主要取决于气候模态,而降水再循环率还与区域大小密切相关,水汽源区则取决于追踪时段(降水时段或非降水时段)和追踪程度.在同一理论框架下,关于青藏高原水循环的不同研究结果之间不存在根本冲突.

关键词：区域水汽平衡降水再循环水汽追踪降水时段

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高分遥感共性产品生成和真实性检验技术体系

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遥感学报 2023年第3期27卷 544-562页

作者：柳钦火闻建光周翔赵坚李增元李新马明国王维真廖小罕刘绍民范闻捷肖青仲波李静辛晓洲李丽贾立高志海金家栋梁师邢进廖楚江吴一戎中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 国家国防科技工业局对地观测与数据中心北京100101 中国林业科学院资源信息研究所北京100191 中国科学院青藏高原研究所国家青藏高原科学数据中心北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院黑河遥感试验研究站兰州730000 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871 中科星图股份有限公司北京101399 航天宏图信息技术股份有限公司北京100195 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

随着高分辨率对地观测系统重大专项的成功实施,GF-1—GF-7七型卫星共19种主要载荷发射升空,形成了中国遥感卫星多谱段、多模式的观测能力,可为各种科研和行业遥感应用提供源源不断的高空间、高时间和高光谱分辨率的高质量遥感数据。如... 详细信息

随着高分辨率对地观测系统重大专项的成功实施,GF-1—GF-7七型卫星共19种主要载荷发射升空,形成了中国遥感卫星多谱段、多模式的观测能力,可为各种科研和行业遥感应用提供源源不断的高空间、高时间和高光谱分辨率的高质量遥感数据。如何打通高分卫星遥感数据到信息的转换链,降低高分卫星数据应用门槛、提升高分卫星应用服务成效已成为急需破解的迫切问题。遥感定量产品的误差来源包括传感器成像、几何与辐射定标、数据预处理、定量反演与产品检验等各个环节,提高定量遥感产品精度是一个复杂的系统工程,各行业应用部门和多领域用户难以独立完成全流程数据处理、产品生产和检验。本文在分析高分卫星遥感产品体系的基础上,针对多用户共同需求,梳理了7大类共45种共性定量遥感产品;从全链条误差溯源和质量检验需要出发,提出了高分遥感共性产品生成和检验的技术体系,分析了算法测评—算法优化—产品生产—真实性检验等环节面临的关键技术;进而提出了高分遥感共性产品真实性检验平台与产品定型分系统的初步设计方案,并介绍了系统研发的最新进展;最后对高分共性产品应用前景进行了展望,构建高分遥感共性产品生成与真实性检验技术体系,对于保障高分卫星遥感共性产品精度和质量、提升高分卫星应用服务效益具有重要的意义。

关键词：高分卫星遥感反演遥感共性产品算法测评像元真值真实性检验

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