秋季学生聚焦奖得主利用 ENVI® 软件开展飞机引发的云层创新研究

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秋季学生聚焦奖得主利用 ENVI® 软件开展飞机引发的云层创新研究

艾琳·埃克尔斯 2023年10月6日，星期五

艾米·塔尔·罗斯，乔治梅森大学博士候选人

在当今快速发展的地球科学与遥感领域，富有创新精神的研究者们正利用尖端技术突破可能的边界，以应对紧迫的全球性挑战。艾米·塔尔·罗斯就是这样一位研究者，她的开创性研究为飞机引发的云（AIC，通常被称为飞机尾迹）在全球气候危机中的作用提供了新的见解。

多元背景激发研究热情

罗斯目前是位于弗吉尼亚州费尔法克斯的乔治梅森大学地球系统与地理信息科学专业的博士候选人，她拥有丰富的教育背景。她获得了同一所大学荣誉学院的理学学士学位，主修地理学，并辅修了航空飞行训练与管理以及系统工程与运筹学。

出于对外语、旅行的热爱以及对STEM领域的天赋，罗斯进入了地理与地理信息科学系。遥感世界吸引了她，每一项任务都像是结合了艺术与科学的谜题。她感到，这门学科在从气候学、航空航天到情报和国防等众多领域都有广泛应用。

此外，学术追求并非罗斯唯一的成就。从2017年和2018年获得私人飞行员执照和仪表等级认证，到代表美国在法国参加国际航空拉力赛，她的履历令人印象深刻。她的职业经历丰富多样，从芝加哥联合航空公司的航空安全实习，到华盛顿特区史密森尼国家航空航天博物馆等机构的教学工作。

此图像展示了城市场景中的误报情况。

用 ENVI 软件架起桥梁

ENVI 一直是罗斯研究旅程中不可或缺的工具。回顾她的经历，罗斯说：“我在众多本科和研究生课程中，以及在MITRE公司的工作中都使用过ENVI。我的第一个作业是用手机拍一张照片，然后将照片导入ENVI，分离红、绿、蓝三色。现在，我正在使用同一个软件进行我的学位论文研究，这展示了它无与伦比的多功能性。”

罗斯对ENVI能力的赞赏在她谈及高光谱数据时尤为明显。“我喜欢的是，我可以轻松地在多个图像和算法中筛选数百个波段。尤其是在研究快速变化的云层形态时，ENVI先进的高光谱功能至关重要，”她补充道。

揭开飞机引发云（AIC）的奥秘

长期以来，飞机引发的云（AIC）一直是飞机对环境影响的明显证据。除了温室气体排放，这些云层还会扰乱全球能量平衡，加剧全球变暖。AIC源自喷气发动机的烟尘排放，在特定大气条件下形成，并可能持续数小时，对地球温度产生显著影响。

尽管科学家们提出了飞机引发的云消减计划（AAP）作为减缓AIC形成的策略，但挑战在于如何从开源图像中准确识别AIC。当前的识别方法严重依赖于卷积神经网络（CNN），往往忽略了遥感技术和大气物理学的复杂性，导致结果不准确。

为隔离第三幅图像中的尾迹而创建的感兴趣区绘图。鉴于云层的特性以及无法将其带入实验室或任何真正受控的环境，特征将基于场景内光谱创建。

采用 ENVI 的新方法

罗斯的研究摆脱了传统方法，转向利用机载和地基传感器为AIC建立独特的高光谱特征。罗斯使用NASA的机载可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）传感器获取AIC的俯视图像。然后，她深入使用ENVI软件分析数据，应用从大气校正到场景内光谱开发等一系列技术组合。这个过程使她能够以高精度从光谱上区分AIC与其他云层形态。

罗斯将她的研究更进一步，目前正在使用Headwall公司的共准直VNIR-SWIR传感器收集AIC的地基高光谱图像。这种革命性的自下而上视角前所未有，为研究这些云层提供了一个全新的有利位置。