针对目前HJ-1 CCD大气校正没有考虑中国地区气溶胶模式的问题, 提出一种耦合中国地区局部气溶胶模式的大气校正方法。 以京津冀地区作为研究区域, 该方法对地基北京城区和香河站点反演的气溶胶模式参数进行聚类, 得到京津冀地区具有代表性的四类气溶胶模式, 并根据四类气溶胶模式来建立查找表进行气溶胶光学厚度的反演。 HJ-1 CCD数据没有短波红外波段(2.12 μm), 无法采用MODIS的气溶胶算法中获得地表反射率的方法来计算蓝红波段的反射率, 本文在气溶胶光学厚度的反演中采用HJ-1卫星的蓝色（0.43~0.52 μm）和红色（0.63~0.69 μm）波段的反射率比值作为误差方程的依据, 不需要输入地表目标的反射率。 基于反演后的光学厚度对HJ-1 CCD数据进行大气校正, 并与ASD光谱辐射计测量数据以及MODIS地表产品数据（MOD09）进行对比。 结果表明, 该方法得到的大气校正结果与ASD测量结果接近, 并与MOD09有较强的相关性, 红色波段的平均相关系数达到了0.8以上, 受气溶胶影响最大的蓝色波段平均的相关系数也达到了0.75左右。

稀土元素的特征谱带基本不随赋存状态的不同而变化, 不能用于矿物种类的探测, 却能够证实其自身的存在。 通过研究稀土元素及其化合物在遥感可见光-近红外波段的光谱特征, 分析了稀土元素含量与特征谱带吸收指数的定量关系。 以内蒙古白云鄂博稀土富集地区为例进行试验, 通过采集矿区典型岩矿标本的光谱、 测试分析样品中Nd含量, 表明Nd含量与各特征谱带的吸收深度、 吸收指数均存在明显的正相关线性关系, 相关性均在0.778以上。 其中, 726～772 nm谱带的吸收指数与Nd含量相关性最好, 达到0.937。 在此基础上, 结合HJ-1A-HSI高光谱遥感数据的波段设置, 构建了定量反演Nd含量的最优模型, 并以此反演了区域Nd元素遥感地球化学异常信息。 结果表明: 与1∶20万水系沉积物地球化学异常对比, 二者总体相关性良好。 为快速获取区域稀土元素地球化学异常提供了新的手段。

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。针对前文构建的大气透过率模式，以我国环境灾害卫星HJ-1B红外相机IRS第4通道的大气透过率模式为例，利用辐射传输模型MODTRAN模拟水体辐亮度，对模式中的变量引入不同的误差，将模拟的辐亮度反演水温，分析不同气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角对反演水温的敏感性。并将该大气透过率模式用于HJ-1B/IRS热红外图像中，反演了2009年4月17日、21日、22日和25日太湖水温。研究结果表明：同一波段、不同气溶胶模型的大气透过率模式在反演温度时会产生不同的误差，以气溶胶模型为平流雾的最大、对流型的最小；大气透过率模式中3个变量的误差与温度反演的误差呈线性关系，即变量的误差越大，温度反演的误差也越大；以水汽量对温度反演最敏感，观测天顶角其次，能见度最弱。该大气透过率模式用于4天遥感图像反演中，除4月17日反演的误差稍高，均方根误差和平均相对误差分别为1.127 ℃和5.75%，其他3天的均方根误差都小于1 ℃、平均相对误差在5%以下，说明所建的大气透过率模式在热红外遥感中具有较高的应用精度。

以大亚湾核电站附近海域为研究区, 基于HJ-1B卫星热红外遥感数据IRS4, 对核电站温排水空间分布特征进行了识别与验证。 首先利用时空插值后的NCEP大气廓线数据, 结合近地面气象观测信息对IRS4数据进行大气订正; 其次查找表数据建立IRS4宽通道辐亮度与辐射温度转换公式, 完成研究区海表温度反演。 利用温盐深测量仪, 与卫星同步采集了84个离散点的水温, 经空间插值获得地面调查海水“体温度”(bulk temperature, BT)的分布, 并与海表温度(sea surface temperature, SST)反演结果进行了对比。 结果表明, 调查区平均BT比平均SST高0.47 ℃。 在远离热排放口区域, SST高于BT, 两者差异在1.0 ℃以内; 在靠近热排放口区域, SST低于BT, 并且越接近排放口两者之间差距越大。 遥感与地面调查两种手段获得的温升分布基本一致, 总温升区域面积相近。 遥感手段获得的温升等级较少(小于4级), 地面调查获得温升等级较多(大于5级); 后者高温升等级(2级以上)区域面积较大, 但对于1级温升区面积而言, 两种手段差异较小。 上午10时左右海表BT与SST差异较小, “肤-体”温差效应可以忽略, 在IRS4业务化SST应用中, 这一时段的卫星遥感可以作为核电站温排水分布监测的常规手段。

林龄（龄组）是划分林分结构的主要指标之一, 其对监测森林健康, 推进森林可持续发展具有重要意义。 本文提出一种基于遥感数据的龄组植被指数（AGVI）, 并对其可行性进行验证。 以福建省三明市、 将乐县、 沙县、 南平市、 华安县、 云霄县、 南安市、 安溪县、 莆田市、 长汀县、 建阳市、 宁德市及福清市等13个县（市）518组松林龄组数据及同时相HJ-1 CCD多光谱影像为基础, 对各龄组松林冠层的蓝光、 绿光、 红光、 近红外及NDVI的光谱差异性进行分析, 各龄组在近红外波段表现为幼龄林＞中龄林＞过熟林＞成熟林＞近熟林的特征, NDVI则表现为成熟林＞近熟林＞过熟林＞幼龄林＞中龄林的特征, 由此构建龄组植被指数AGVI; 该指数可以扩大各龄组松林的绝对及相对光谱差异。 采用K-均值法对松林AGVI进行聚类分析, 结果显示, 松林龄组的划分精度为80.45%, 准确率为90.41%。 由此证实本文所构建的龄组植被指数具备有效性。

为了探索不同类型遥感传感器对地物反射光谱响应的异同和卫星遥感监测雪盖空间尺度的差异, 收集了2007年—2013年冬春季川西北米亚罗地区、 青海省祁连山区和新疆北疆地区各种积雪、 植被和裸土反射光谱数据, 经中分辨率成像光谱仪MODIS和环境与灾害监测预报小卫星HJ-1B传感器响应函数完成地基光谱到传感器可见光、 近红外及短波红外通道反射率的转换。 分析了新旧融雪、 不同雪深及不同积雪覆盖下的反射光谱特征及不同传感器对地物反射光谱响应的异同性, 并结合同期同区域影像分析了MODIS和HJ-1B积雪监测空间尺度的效果差异。 结果表明, 可见光波段范围内, 各传感器对新雪和污雪反射光谱响应一致性很高; 对裸土和矮株植被反射光谱响应程度较为一致; 对其他类型积雪反射光谱响应程度有所不同, 尤其是消融积雪和冻结积雪, 反射光谱响应性差异很大; 全雪覆盖下, 深度不同的积雪NDSI值域相对稳定, 不同传感器NDSI具有很好的趋势一致性; MODIS和HJ1B NDSI法监测积雪空间尺度差异明显, 很好的解释了混合像元存在的成因。

大气校正是遥感数据定量化应用的关键步骤, 国产环境与灾害监测预报小卫星星座(简称HJ-1)CCD相机数据在进行大气校正时, 面对数据量大、 观测角度变化大、 气溶胶多变等各种问题。 本文针对HJ-1 CCD相机的波段特征, 利用Hsu等提出的深蓝算法借助地表反射率库反演得到气溶胶光学厚度, 结合辅助角度数据计算观测几何, 利用核驱动模型完成了BRDF校正, 提出了针对HJ-1 CCD数据的在植被、 裸土等地表类型通用的大气校正算法; 在数据处理中, 采用查找表和双线性插值的方法分块计算HJ-1 CCD图像的大气参数, 利用IDL语言的矩阵运算大大加快了大气校正速度, 实现了快速大气校正。 以2012年7月3日过境中国华北平原的1景CCD数据进行了算法实验, 结果表明, 该算法较好的校正了大气对地表反射率的影响, 能够在8 min内快速完成1景数据量约为1 G的CCD数据的大气校正, 校正后的土壤和植被等典型地物的反射率更接近其光谱特征; 同时, 将校正结果与同期过境的MODIS地表反射率产品进行了比对, 由于分辨率的较高, HJ-1的结果细节表现要优于MODIS, 而二者获得的典型地物反射率相关性较好(相关系数大于09)。 误差分析表明, 气溶胶类型的误判会对近红外波段地表反射率带来较大的误差, 在005左右, 而地表反射率库002的误差, 会对红波段和绿波段的大气校正结果带来001左右的误差。

为检测分析HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射探测性能及其辐射定标的有效性,提出了基于多种光学特性地面 目标的在轨检测方法。首先,介绍了HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测方法,并基于2013年HJ-1A/B卫 星地面同步观测试验数据,获取了HJ-1A/B星过境时刻的卫星入瞳处等效辐亮度。然后以该等效辐亮 度为基准,对HJ-1A/B星CCD相机历次在轨辐射定标结果进行检验,分析HJ-1A/B星CCD相机的在轨 运行期间辐射探测性能变化趋势。结果表明:HJ-1A/B星在轨运行过程中,辐射性能在不断发 生变化;在轨运行5年多时间里, HJ-1A/B星的CCD相机各波段的辐射性能平均衰变量最 低为3.7%,最大为39.6%;为保证遥感数据的定量化精度,定期的在轨绝对辐射定标十分必要。

阴影是遥感影像中普遍存在的干扰因素, 如何有效去除阴影已成为共识, 寻找一个有效的阴影检测指标是实现影像阴影去除的基础工作。 以Landsat TM, ALOS AVNIR-2, CBERS-02B CCD及HJ-1 CCD影像为试验数据, 立足于进一步增大阴影区植被与明亮区植被、 水体间的差异, 实现影像阴影的有效检测, 构建了一个新的植被指数--阴影植被指数SVI, 该指数既可保证明亮区植被、 阴影区植被、 水体区在近红外波段的绝对差异, 又能对NDVI进行放大, 消除可能存在的混淆现象, 改变NDVI直方图的“偏态”现象, 使植被指数值更接近于正态分布, 更符合地面实际; 该指数适用于近红外波段辐射特征差异较大的地物。 采用精度评估法验证SVI对明亮区植被、 阴影区植被、 水体区三类地物的识别效果, 结果显示, 四幅影像总分类精度依次高达98.89%, 100%, 97.78%, 97.78%, 总Kappa系数依次为0.983 3, 1, 0.966 7, 0.966 7, 说明SVI对明亮区植被、 阴影区植被及水体区具有极好的检测效果; 对子影像、 SVI与NDVI的统计指标对比亦说明, SVI可靠、 有效, 可以将其应用于影像阴影去除。

总悬浮物浓度是水质评价的重要参数之一, 传统的遥感反演估算模型忽视了光学性质多变、 复杂的二类水体的差异性。 本研究基于太湖、 巢湖的星地同步实验, 针对环境1号卫星多光谱数据, 设立了水体光学分类方法, 将研究水体分为二种类型, 进而建立了适用于不同类型水体总悬浮物浓度的反演估算模型。 得出以下结论: （1）基于光谱分类的方法可以提高总悬浮物浓度的反演估算精度; （2）对于类型一和类型二水体, 分别使用指数模型和线性模型可以较好地反映总悬浮物浓度与反演估算因子之间的关系。