青藏高原地区AVHRR/2数据亚像元雪填图算法研究

For the absence of high-accuracy snow cover data with long time series, the researches and operatiions of hydrology and meteorology have been seriously limited. At present, there has been the algorithm of sub-pixel snow mapping with MODIS data or AVHRR/3 data, but not that with AVHRR/2 data, so the sub-pixel snow mapping using the remote sensing data of moderate resolution cannot be achieved in total time series. . In this project, Qinghai-Tibet Plateau will serve as its study area, and the automatical algorithm of sub-pixel snow mapping will be developed using AVHRR/2 data for a large region. If this algorithm is combined with the existing algorithm of MODIS data sub-pixel snow mapping, the sub-pixel snow cover data set with more than 30-year length of Qinghai-Tibet Plateaau will be obtained. In the project, it is necessary to investigate how to: obtain and use the middle infrared band reflectance of AVHRR/2, develop automatical model for extracting snow endmembers and nonsnow endmembers from AVHRR/2 data, decide the unmixing model of mixed pixels, remove the cloud pollution in AVHRR/2 images, and reduce the effect of terrain and illumination on snow mapping.. If this project is successfully completed, it will fill up the absence of the existing research for sub-pixel snow mapping of moderate resolution remote sensing data, and let the time length of moderate resolution sub-pixel snow cover data exceed 30 years, and improve the data production of our country.

由于缺乏长时间序列的高精度积雪面积数据，严重制约水文、气象研究和业务的发展。对中分辨率遥感数据而言，目前已有MODIS和AVHRR/3数据的亚像元雪填图算法，但缺乏AVHRR/2数据的亚像元雪填图算法，因此不能实现所有时间序列的中分辨率遥感数据亚像元雪填图。本项目拟以青藏高原为研究区建立AVHRR/2数据的大面积亚像元自动雪填图算法，结合已有的MODIS数据亚像元雪填图算法，建立青藏高原30年以上（1982年以后）亚像元级积雪面积时空数据库。在研究中需要：反演和使用AVHRR/2中红外波段的反射率，发展AVHRR/2数据的多雪端元和多非雪端元自动提取模型，确定混合像元分解模型，考虑地形和照度对雪填图的影响，以及除云方法。本项目的成功实施将填补现有中分辨率亚像元雪填图的研究空白，使中分辨率亚像元级积雪面积数据可达30年以上的时间跨度，提升我国数据制备的水平。

在1998年以前不存在AVHRR/3和MODIS数据，目前已有的AVHRR/3和MODIS数据亚像元雪填图算法也不能应用于1998年以前的AVHRR/2数据亚像元雪填图。但AVHRR/2数据比AVHRR/3和MODIS数据早出现近20年。如果开发出AVHRR/2数据亚像元雪填图算法，就可以将高时空分辨率积雪面积数据的时间跨度延长至30多年。. 本项目以青藏高原地区为研究区开展AVHRR/2数据亚像元积雪填图研究,成功建立青藏高原AVHRR/2数据亚像元雪填图算法。主要取得以下研究进展与成果。.根据云与积雪以及云与其它地物的光谱特征差异，找到去除AVHRR/2影像云污染的方法。另外，还将多端元光谱混合分析引入AVHRR/2数据亚像元雪填图。根据积雪的光谱特性，建立多雪端元自动提取模型。.建立多种非雪地物的多端元自动提取模型。以前，非雪地物作为同一类端元，那么就会强制雪端元参加无雪混合像元的光谱混合计算。由于地物光谱的多样性，有可能不真实地扩大计算所得的积雪面积。本项目分别提取多种类型的非雪端元，无雪混合像元的光谱混合计算就可以在两类非雪端元间进行，雪端元就不一定参加所有混合像元的每次光谱混合计算。这是本项目的重要创新。.在AVHRR/2数据亚像元雪填图中考虑阴影的影响。分别提取相应的阴影雪端元和阴影非雪端元，让其参加混合像元光谱混合计算。这样，阴影混合像元的最优光谱混合计算结果可能由阴影端元的混合计算得来。由于阴影端元具有阴影的光谱特性，就不会改变各类地物在阴影混合像元内所占的百分比，从而达到消除阴影的影响。这也是本项目的重要创新。.采用查找表开展AVHRR/2数据亚像元雪填图。通过特定混合像元光谱与其积雪面积百分比之间的查找表，就可以找到该AVHRR/2影像中所有混合像元的积雪面积百分比。这可以大大提高雪填图速度，也是本项目的重要创新。. 基于Landsat/TM数据，对青藏高原地区亚像元雪填图结果进行验证，其中RMSE（均方根误差）都小于0.12。.本项目的雪填图算法结合已有的MODIS数据亚像元雪填图算法，就可以建立青藏高原地区超30年（1982年以后）的高时空分辨率积雪面积数据库。