遥感科学是在地球科学与传统物理学、现代高科技基础上发展起来的一门新兴交叉学科。遥感科学的发展由技术驱动、需求牵引,提出定量遥感基础研究的科学问题。20世纪80年代初美国NASA发起了遥感科学计划,随着地球系统科学的提出,遥感科学的重心转向了以促进地球系统科学发展为目标,以定量遥感为主要标志,注重多学科交叉综合,从整体上观测研究地球。目前在国际上,越来越多的学者们认识到遥感科学在地学从传统定点观测数据到不同空间范围多尺度空间转换和地球系统科学研究中的不可替代作用。而遥感科学能够在多源数据综合集成及地学应用方面对地球系统科学研究发挥决定性作用。
定量遥感或称遥感定量化研究主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究,区别于仅依靠地图判读经验的人工解译定性识别地物的方法。定量遥感基础研究,强调在遥感像元的观测尺度上,建立对遥感面状信息的地学理解,对局地尺度上定义的概念,总结、推导出的定律、定理的适用性进行检验和纠正,发展遥感模型与地表参数的提取方法,形成地球表面时空多变要素的遥感数据产品,为大气、海洋、生态环境、农业、林业、矿产等研究领域和相关行业提供可用的遥感数据。
2002年发表在Remote Sensing of Environment上的论文“First operational BRDF,albedo nadir reflectance products from modis”汇集了多国科学家20多年来在建立地表二向性反射(BRDF)模型和地表反照率参数提取方面的研究成果,论述了采用搭载美国对地观测系统卫星的MODIS传感器数据生成地表二向性反射、反照率等系列数据产品的基本算法和模型,并对产品质量进行了评价,举例说明了数据产品在全球和区域尺度上的应用。其中,由中国科学家为主发展的Li-Stralher几何光学模型和核驱动模型是该数据产品算法采用的主要模型。由于地表反照率是地表能量交换的重要参数,相关研究方向多、应用范围广,因而对其遥感数据产品的生成算法、评价和应用就受到了很多关注。
在定量遥感的研究领域中,近年来科学家的研究主要集中在以下几个方向。
(1)遥感机理模型的建模研究,在多年模型研究的基础上,主要研究遥感像元尺度上适用的遥感模型,研究描述新型传感器信号特征与地表参数关系的模型,研究模型在不同空间尺度上的尺度效应和尺度转换原理和方法。
(2)地表参数的模型反演与陆地遥感数据同化研究,研究利用多种遥感数据和地表参数背景场知识,提取地表时空多变参数的方法模型和算法;研究遥感物理模型与相关领域应用结合中模型的链接与模型参数的转换方法,使遥感数据产品能满足应用的需求。
(3)新型遥感器数据的定标技术研究,智能化处理技术与方法研究;时空多变地表参数反演结果的验证方法研究;遥感数据产品质量的真实性检验。
遥感科学作为传统地学、物理学、数学、近代信息技术等多学科交叉的科学领域,将通过与多种相关学科的结合,为人类提供对地观测的多种信息和遥感数据产品。定量遥感研究主要面向遥感数据产品生成和遥感应用中的科学问题,提出适用的模型方法,发展解决问题的关键技术,为日益广泛的遥感数据应用提供科学基础。
李小文院士,现任北京师范大学地理学与遥感科学学院名誉院长,中科院遥感所所长,遥感与地理信息系统研究中心主任,长江学者特聘教授,专长于遥感基础理论研究,是Li-Strahler几何光学学派的创始人,成名作被列入国际光学工程协会“里程碑系列”,在国内外遥感界享有盛誉。主持过多项攀登、863、重点基金、NASA基础研究项目,现在是973项目“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用”的首席科学家。
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