我国利用MODIS数据反演陆面温度的研究进展

陆面温度(LST)是区域和全球尺度地表物理过程中的一个和能量交换的重要参数.因精确反演LST具有一定的难度,因此反演LST成为当今研究的热点之一.现较详尽地介绍目前常用的利用MODIS数据反演LST的算法推广的分裂窗算法,白天/夜间LST算法、单窗算法,并阐述了各种算法的研究概况,并针对其研究进展情况进行讨论分析,提出相应观点.     

利用分裂窗算法反演陆地表面温度的研究进展

本文以LST反演的分裂窗算法作了回顾和比较，LST反演的分裂窗算法最一般的形式是Ts=T4 A(T4-T5) B,其中Ts是陆地表面温度，T4和T5分别是AVHRR分裂窗通道4和5的亮温度，A和B是由大气、观测角及地表辐射率所决定的系数，不同的算法其系数的确定有很大的不同，地表比辐射率的确定是LST反演中的主要难点，目前也有多种方法来确定地表比辐射率值，最后本文还指出了目前在LST反演中存在的局限性。     

基于MODIS数据的金塔绿洲地表温度反演

地表温度(LST)是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数.本文对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要的介绍,并利用MODIS数据计算反演了地表温度所需的关键参数:大气透过率和地表比辐射率,然后运用分裂窗算法反演了金塔绿洲地区的地表温度,并与地面实测数据进行了对比分析.结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合金塔绿洲的实际地表状况.     

基于ETM＋遥感影像反演不同土地利用类型地表温度的研究

采用Landsat7 ETM＋为基本数据源,运用3种算法（大气辐射传输方程RTE、Qin等单窗算法和Jimenez—Munoz＆Sobrino普适性单通道算法）定量反演了黄河三角洲部分地区的地表温度（land surface temperature,LST）,并进行了不同算法反演结果的差值比较：以RTE反演结果为标准,在大气水汽含量较低时,Qin等单窗算法和JM＆S普适性单通道算法精度较高,与RTE的反演结果相差均在1K以内;在大气水汽含量较高时,Qin等单窗算法在采用地面气象资料估算水汽含量条件下仍保持较高的精度,比RTE反演结果平均偏小0．95K;而根据估算的大气水汽含量进行反演的JM＆S普适性单通道算法的反演偏差比Qin等单窗算法要大,达到1．94K,但JM＆S普适性单通道算法根据实测的大气水汽含量得到的反演结果要略优于Qin等单窗算法,比RTE结果偏大0．67K。同时计算了经过6s模式校正后归一化植被指数（INDV）,然后利用GIS中的空间分析功能,分析LST、INDV在不同土地利用类型之间的差异以及二者之间的定量关系。发现研究区内,就所有土地利用类型而言,平均LST和INDV之间存在显著的负相关关系;对于各种土地利用类型,这种相关关系也存在．但相关程度不同。     

2005年7月珠三角地表温度场的遥感监测分析

城市热环境及其热效应是当前城市气候与环境中最为重要的研究内容之一。分析地表温度（LST）是研究热环境的一个有效手段。选取2005年7月中旬高温期间MODIS数据，利用推广分裂窗算法反演LST，采用最大值合成方法制作珠江三角洲地区热场分布序列图。结果发现：珠三角地区增温初期的高温区主要分布在珠三角外围的城市，呈由外向内的增温过程；珠三角地区沿河道区域的增温幅度最高最快，增温盛期的地表最高温度主要分布在河网密集地区；城市化和工业化程度高的市区热岛效应明显。研究结果符合目前珠三角经济区的发展状况，对城市区域布局和规划有积极意义。     

基于Fragstats4的景观格局指数与地表温度的相关性——以石家庄市为例

以石家庄市城市景观为研究对象,选取1987年、2004年和2019年Landsat遥感影像数据,采用监督分类方法将研究区分为绿地、水体、不透水地表和未利用地四类景观,采用单窗算法和劈窗算法反演地表温度(LST)。从景观生态学角度出发,利用Fragstats4.2计算4种类型的景观格局指数,并对景观粒度和移动窗口的尺度选择进行探讨分析;利用ArcGIS空间分析方法和统计分析方法,分析4种类型的景观格局指数与LST的相关性。结果表明:1987—2019年绿地斑块类型面积(CA)、最大斑块面积指数(LPI)和聚集度指数(AI)逐渐下降,不透水地表CA、LPI和AI逐渐增加,随着城市化进程的加快,绿地面积逐渐减少和裂化,绿地景观优势在不断下降,不透水地表面积在逐渐增加和聚合,不透水地表景观优势在不断加强,逐渐形成优势景观。斑块百分比指数(PLAND)、LPI和AI与LST表现出一致的极显著相关关系,绿地和水体为负相关,不透水地表和未利用地为正相关;斑块破碎化指数(SPLIT)则相反,绿地和水体为正相关,不透水地表和未利用地为负相关。LST与PLAND和LPI的相关系数明显高于LST与AI和SPLIT的相关系数,说明一个优势景观对地表温度的影响效果明显大于几个比较分散或破碎的景观。     

中小城市地表温度空间分异及其与下垫面关系的遥感影像研究

以Landsat TM 影像为主要数据源,采用单窗算法反演河南省南阳市市区的地表温度。在GIS支持下,研究全区地表温度的空间分异特征,并探讨了地表温度与下垫面特征的关系。结果显示：研究区内高温斑块主要集中在仓储区和商业与公共服务区,该类区域过高的LST对城市环境有明显的负面影响;拦蓄河流所营造的水体是面积较大的低温斑块,对改善城市热环境和中小型城市拦蓄河流措施有一定意义;研究区内LST的空间自相关性在不同方向上有明显差别,东-西方向和东北-西南方向上空间自相关的范围较大,这种格局与区内水体走向有关;地表温度与道路密度指数呈明显正相关。提出中小城市可在仓储用地和交通发达地段周边规划绿地和水体,以抑制热岛呈大面积连片分布。     

AVHRR分裂窗算法反演高山草甸地表温度精度评估

利用理塘县高山草甸地表温度实测数据,分析6种常用AVHRR分裂窗算法的精度,为青藏高原地区地表温度的卫星反演提供技术支持.结果表明：6种常用AVHRR分裂窗算法反演地表温度与实测值之间有很好的线性正相关关系,反演温度与实测温度最大偏差3.36K,最大平均绝对误差2.25k,最小平均绝对误差0.77K.给出了反演高山草甸地表温度的AVHRR分裂窗算法建议.     

基于MODIS资料的宁夏LST反演方法新探索

为快速、宏观、全面地获取陆面生态重要参数陆面温度(LST),避免分裂窗算法中诸多参数的估计和参数的适用范围限制,加快计算速度,更好地利用中国气象局"三站四网"的建设成果,利用宁夏2005-2007年13个时次过境晴空地表MODIS资料及对应过境时17个自动气象站观测数据,筛选、优化引入对LST影响较大的水汽通道、NDVI和EVI参数,建立基于MODIS遥感和地面自动气象站观测数据反演陆面温度(LST)的统计模式.研究结果表明:引入相关参数后,宁夏各季及全年模式的相关性和精度有较大提高,且水汽通道和EVI的参数组合最优.与分裂窗算法相比,省去了对大气透过率的估算以及对地表比辐射率估计的繁琐计算,与地面自动站观测真实值误差70.1%能够控制在4.0℃以内,计算速度快,能够满足一般业务的需求,易于推广使用.     

LST在农业气候热量区划中的应用方法研究

根据广西的自然地理特点和现有卫星遥感资料，对国内外10多种反演LST(1and surfacete mperature，陆面温度)的分裂窗算法及其相关的参数估算方法进行了适用性分析。在此基础上找出了适用于计算广西白天LST的算法，并应用该算法计算了晴空条件下的LST，获得了逐日各个时次的LST实况分布。通过模板分析，找到了求算多年LST气候平均图的途径。针对云剔除问题，通过对公共晴空区的统计分析，建立了不同图像间的数值补偿关系，从而有效地消除了云的影响，最终处理生成了广西多年和不同季节的平均LST空间分布图像。分析结果表明：在10km以上的宏观尺度上，广西平均LST的空间分布与平均气温的空间分布规律基本一致，而在1km尺度上，LST的空间特征更为精细、客观，更有利于反映与作物生长关系更为密切的下垫面热量资源的气候分布，是农业气候区划中更为有效的热量区划因子。     

单窗算法在成都市地面温度反演中的应用研究

随着遥感应用的深入,多种地表温度反演算法相继被提出,本文分析了相关算法,并对单窗算法进行了探讨,详细阐述了单窗算法相关参数的确定方式,并利用Landsat ETM数据对成都市区进行地面真实温度的反演。研究表明：在缺少详细大气廓线数据的情况下,应用单窗算法研究城市热岛效应是可行可靠的。     

基于MODIS数据的陕西地表温度监测

地表温度是反映土壤—植被—大气系统能量流动与物质交换的重要参数,讨论了利用EO S/M OD IS资料反演地表温度的分裂窗方法各参数获取及其在陕西省的应用;建立了基于M OD IS遥感资料和地面自动气象站观测资料反演地表温度的统计模型。监测试验结果表明:利用分裂窗方法反演陕西地表温度,其中参数设定仍需要做大量工作;统计方法考虑季节差异,在地表状况不太复杂时也能取得较好的监测效果。     

基于HJ-1B卫星数据的地表温度反演方法研究

以典型岩溶地貌区为研究区,HJ-1B遥感数据为数据源,通过分别采用覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、基于影像的Artis反演算法,并对其中的经验关系式进行修订,最后反演出研究区的地表温度,与MODIS温度产品(MOD11_L2)进行对比分析,探寻适用于岩溶地貌区利用HJ卫星遥感数据进行干旱监测的地表温度反演算法。结果表明,修订后的普适性单通道算法优于其他两种算法,其与MODIS温度产品平均温差相差0.36 K,反演精度达到1 K之内,说明该算法经过修订后适用于反演岩溶地貌区的地表温度。     

遥感估算绿洲-沙漠下垫面地表温度及感热通量

利用古浪非均匀近地层野外观测试验资料,验证了卫星反演地表温度的局地分裂窗算法在非均匀地区的适用性,进一步给出了提高反演精度的修正方案,并利用修正的反演地表温度算法和改进的空气动力学阻抗算法反演了试验区的感热通量。结果表明,Becker算法最适用于非均匀地区。与近地层野外观测试验观测结果相比,修正后的反演算法反演的地表温度和感热通量更加合理,均方根误差分别为2.38K和23.49W.m-2。地表温度和感热通量的区域分布特征相似,都表现为在绿洲和沙漠区的变化梯度较小,而在过渡区的梯度较大。     

MODIS地表温度产品与实测资料对比分析

陆面温度是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数。本文通过NASAMODIS地表温度产品与常规资料的分析,发现利用MODIS资料反演的地表温度在山西省分布情况与实测资料基本一致,但应用MODIS资料反演的地表温度要小于实测数据。     

基于AVHRR和VIRR数据的改进型Becker“分裂窗”地表温度反演算法

为了将基于NOAA-9/AVHRR数据提出的Becker和Li的“分裂窗”地表温度算法成功地应用于长序列NOAA/AVHRR和FY 3A/VIRR数据的地表温度反演,为气候变化研究提供长序列、高精度、高分辨率的地表温度数据集,从辐射传输方程出发,首先利用MODTRA 4.1模式模拟了多种地表和大气状态下的光谱辐亮度数据,并结合AVHRR和VIRR通道4、5的光谱响应函数建立了温度数据集(TS,T4,T5);然后,基于该数据集采用最小二乘法重新计算了Becker和Li算法中的各参数,提出了一个适用于NOAA/AVHRR和FY-3A/VIRR数据的改进型Becker和Li分裂窗地表温度反演算法;并利用改进型算法对2008年4月27日03时12分(世界时)观测的一景覆盖北京地区的NOAA-17/AVHRR数据进行了地表温度的反演,将反演结果与日本东京大学提供的同地区、同时相的MODIS地表温度产品进行了对比分析.结果表明,两种地表温度产品的相关系数为0.88,均方根偏差(RMSD)为2.1K;在两种地表温度差值图像的频率直方图上有69.6％的像元的值在±2K之内,37％的像元的值在±1K之内.     

基于MODIS数据地表温度反演劈窗算法的比较研究

选取QIN和SOB两种代表性劈窗算法对辽宁地区地表温度进行反演,并分析二者的精度和误差分布。结果表明：QIN和SOB算法反演的地表温度（TS）与地面气象台站准同步观测的气温和地温的线性拟合显著,SOB算法线性拟合更好;从误差分布直方图上看,两种算法的反演结果与地温更接近,SOB算法与同步气温和地温在±2 ℃之间的误差比例略高于QIN算法;在野外开展与卫星遥感空间尺度一致的地表温度观测试验,QIN和SOB算法与实测值的平均绝对误差均为1.5 ℃;与NASA官网发布的地表温度产品对比发现,QIN和SOB算法的平均绝对误差分别为1.75 ℃、1.70 ℃;因此QIN、SOB算法在辽宁地区均适用,SOB算法误差更小。     

FY-3 VIRR 数据在陕西省干旱监测中的应用

干旱是影响陕西省社会发展和农业生产的主要气象灾害之一。利用具有两个热红外通道的风云三号气象卫星扫描辐射计一级数据,先使用分裂窗算法反演得到地表温度,再利用归一化植被指数(NDVI)和地表温度计算温度植被干旱指数(TVDI),从而来监测陕西省的土壤干旱程度。结果表明,反演得到的TVDI能较好地反映陕西省干旱分布状况,延安、关中、陕南等区域的TVDI反演结果与实际旱情更为接近。     

利用ASTER数据反演南京城市地表温度

利用针对ASTER数据的分裂窗算法,反演了南京城市地表温度,并用实际观测资料和同步的MODIS数据对反演结果进行了验证,结果表明：基于ASTER数据的地表温度反演结果与实际观测资料相差0.9℃,与MODIS数据的反演结果具有较好的空间一致性;基于ASTER数据反演的当日南京地表温度在23～56℃范围内,城市地表温度普遍高于35℃,市内公园地表温度略低,多位于30～35℃,长江水体温度低于30℃,地表温度存在明显的空间差异;南京城市夏季白天存在明显＂热岛效应＂,热岛强度的空间差异与南京城市发展、规划有关。     

用MODIS影像和单通道算法反演阿拉善盟地表温度

地表温度是气象、水文、生态等研究中一个重要参数。本文利用MODIS影像的第32波段,采用单通道算法对内蒙古阿拉善盟地表温度进行了反演；并与地面实际状况进行了对照分析。分析表明，该方法获得的地表温度比较符合阿拉善盟实际地表状况，地表温度结果可用于其他相关研究。