利用LANDSAT/TM热红外通道反演地表温度的三种方法比较

利用北京2004年1月28日、4月1日、4月17日、5月19日和7月6日过境的5景LANDSAT／TM影像和实测探空数据，分别运用大气辐射传输模型、覃志豪（2001）单窗算法和Jimenez-Mufioz＆Sobrino（2003）单窗算法反演北京城区地表温度。通过对反演结果进行对比分析，结果表明，覃志豪（2001）单窗算法与基于探空数据的辐射传输方程法结果具有较好的一致性。提出在没有实时探空数据情况。对只有一个热红外通道的LANDSAT／TM数据源采用覃志豪（2001）单窗算法反演地表温度，精度是可以接受的。     

基于Landsat 8影像的福州市地温与土地利用及植被关系研究

基于Landsat 8影像数据,根据覃志豪等人提出的单窗算法,分别用2个热红外波段反演2014年4月17日福州市区地表温度,并将反演结果与研究区部分气象站点当天的实测温度进行对比验证,发现利用波段10反演得到的地温与实际观测值更加接近,说明利用单窗算法可以较好地反演福州市地表温度,对于Landsat 8影像来说,波段10更适合用于反演地表温度。本研究采用面向对象分类方法对研究区范围内的土地利用类型进行解译,并计算归一化植被指数(NDVI),进而探讨二者与对应地表温度之间的相关性,结果显示土地利用类型与地表温度具有较强的相关性,同时NDVI与地表温度之间存在着较为显著的负相关性。     

湖泊表面温度的单通道热红外遥感反演研究——以北极滨海平原融冻湖为例

基于TM影像的单通道热红外遥感数据反演了阿拉北极滨海平原融冻湖的表面温度,利用实地湖泊水体温度传感器所测量的水体温度进行了反演结果的精度验证.通过对比4种不同的单通道热红外遥感数据地表温度反演算法,发现其反演结果均与实地测量湖表温度高度相关,但精度存在差异,其中通用单通道算法(SCJM&S)的湖泊表面温度反演结果精度最高,获取均方根误差达0.45K,且该算法输入参数仅需大气水汽含量一项,适用于北极滨海平原地区的湖泊表面温度反演.湖泊表面平均温度的空间插值结果表明研究区的湖泊表面温度受纬度和海洋性气候影响显     

高光谱热红外数据反演地表温度与比辐射率方法研究

地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性和相关遥感应用的有效性。多光谱热红外反演温度和比辐射率受到陆地表面类型复杂而观测信息不足的限制,很难同时反演出精确的地表温度数值和地表比辐射率数值。高光谱热红外传感器的出现,为更好地解决这一难题带来了机遇。利用高光谱热红外数据的优势和特性,提出了一种基于大气下行辐射残余指标(DRRI)的方法,实现了地表温度与地表比辐射率的准确分离。通过高光谱热红外模拟数据的反演实验表明DRRI方法具有运算速度快、结果精度高、抗噪声干扰能力强等优点。该方法能够应用于野外测量的高光谱热红外数据以及经准确大气校正后的星载高光谱热红外数据。     

北京城市热岛环境时空变化规律研究

借助北京地区1997年、2004年的Landsat TM热红外图像,在RS和GIS技术的支持下,利用大 气探空数据对图像进行大气校正,采用单窗算法反演得到北京市区和周围地区的地表温度分 布图,地面验证表明单窗算法反演地表温度具有较高的精度.研究发现,北京市存在明显的 城市热岛效应;不同下垫面所对应的地表温度有明显差异,总体上城区地面温度明显高于郊 区,水体温度最低;随着城市规模的扩张,北京市的城市热岛效应有逐年增强的趋势,且人为因素对城市热岛的贡献逐渐加大.     

沙尘源区AVHRR数据地表温度时序变化与沙尘干量TSP数据的对比分析——以2001年春季北方强沙尘过程为例

根据沙尘暴起沙、传输与降沉模型系统对参数的需求，中日亚洲沙尘暴项目在源区、传输区和降沉区布设了先进的仪器设备，其中沙尘干量TSP数据是主要获取的数据，同时利用气象卫星获取沙尘过程的云图和反演沙尘过程的地表物理参数。由于不同土地利用／覆盖对沙尘暴过程中起沙的贡献不一样，研究中用局地分裂窗算法反演NOAA／AVHRR热红外波段数据的地面温度参数；取得大范围的时序地面温度数据后参照1：10万土地利用／覆盖类型重采样图层选点提取地表温度，形成不同点时间序列变化曲线；最后将不同地类的地表温度时序变化曲线与观测点沙尘干量TSP时序变化曲线对比分析，发现两者具有较好的对应关系，说明沙尘暴过程地表温度变化现象与沙尘有密切的关系。结果表明，利用遥感数据反演地面温度参数可以作为沙尘预报模型的重要参数。     

劈窗算法中Planck方程展开式参数模型的拟合研究

地表温度是地球生态环境的重要指标,劈窗算法是目前利用遥感反演地表温度最为成熟的算法。为求解两个通道参数组成的热辐射方程组,需将Planck辐射方程线性展开以使各通道辐射值与亮温Ti直接相关,可通过引入中间参数Li与亮温Ti以不同的数学关系模型进行拟合。以MODIS数据源为例,对4种不同拟合关系进行分析比较,发现线性和幂函数模型具有较高的精度和稳定性,估计Li的误差范围为0.019~0.197。进一步分析这两个模型在地表温度反演中的误差及对参数的敏感性,结果显示幂函数模型在各种情况下都优于传统的线性模型劈窗算法。     

基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法

利用单窗算法反演地表温度时,一景影像通常使用一个大气透过率。大气水汽含量空间异质性会导致像元尺度上大气透过率不同,从而给地表温度反演带来误差。该文通过从研究区MODIS数据中反演出大气水汽含量,经过配准、重采样之后获得该区域像元尺度的大气透过率,利用同时相TM数据,采用单窗算法反演地表温度。结果表明:基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法,由于减少了大气水汽含量空间异质性带来的地表温度反演误差,能够得到更为合理的地表温度。     

基于CBERS-02 IRMSS和MODIS数据的地表温度反演与热环境评价

应用中巴资源卫星热红外遥感数据(CBERS-02 IRMSS)和普适性单通道算法反演福州市的地表温度.反演过程中使用同时相的MODIS数据在像元尺度上获取的大气水汽含量替换标准大气模拟值,参考气候资源评价中人体舒适度指数模型,建立基于地温的热环境评价模型,并对福州城市热环境进行评级.结果表明:中巴资源卫星热红外数据对城市热岛和热环境研究具有重要的应用价值,多源遥感数据的结合可以提高地表温度的反演精度,而基于遥感反演参数的热环境指数评价方法能够较好地描述城市热环境的空间特征.     

山地冰川表面温度反演算法对比——以祁连山七一冰川为例

冰川表面温度决定冰川表面热力状况分布和消融状态,其对建立冰川能量—物质平衡模型和研究气候变化背景下的冰川响应具有重要意义。Landsat系列卫星提供了海量免费高空间分辨率遥感数据,广泛应用于表面温度的时空变化研究。本文使用2013年5月至2014年9月的10景Landsat 8 TIRS热红外数据,对比三种单通道温度反演算法(覃志豪单窗算法、Juan C.Jiménez-Mu1oz普适性单通道算法和Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法)和两种劈窗温度反演算法(Juan C.Jiménez-Mu1oz劈窗算法和Offer Rozenstein劈窗算法)在祁连山七一冰川表面的准确度和适用性,结果表明:(1)劈窗算法反演精度高于单通道算法,其中Offer Rozenstein劈窗算法误差最小,均方根误差为1.75 K、平均绝对误差为1.49 K,而Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法误差较大,均方根误差和平均绝对误差分别为3.35 K和2.72 K;(2)夏季消融期各算法均有较大偏差,冬季是各算法反演误差最小的季节;(3)覃志豪单窗算法对水汽含量敏感性最低,Offer Rozenstein劈窗算法对水汽含量和发射率的敏感性较高;Jordi Cristóbal普适性单通道改进算法在低大气含水量的高海拔冰川地区存在一定局限性。研究结果为不同表面温度反演算法在高海拔山地冰川区域的对比和适用性研究提供了科学依据。     

水汽吸收和下垫面发射率对晴空大气红外窗区遥感影响的综合分析

从数学上探讨了晴空大气红外窗区通道遥感陆面特性水汽吸收和陆面发射率的综合影响。首先,基于辐射传输方程推导出大气水汽含量和陆面发射率(ε)引起红外窗区通道遥感陆面亮温(Tg)变化的数学表达式,指出红外辐射在传输过程中水汽吸收衰减的影响主要是引起大气透过率的变化;分析了在高温高湿和低温干燥等不同地区,红外窗区通道的大气透过率所受到的不同程度的衰减,以及水汽吸收衰减和陆面发射率对不同的红外窗区通道的影响。此外,还建立了一个红外窗区通道遥感陆面温度与地面亮温差ΔT=(Ts-Tg,imax)与水汽含量变化Δq和陆面发射率ε的二元多项式拟合方程,进一步分析大气水汽含量和陆面发射率对不同的红外窗区通道遥感的影响;指出红外短波窗区通道不但受太阳辐射污染严重,而且受陆面发射率变化的影响激烈,特别是在寒冷干燥的亚北极冬季。最后强调,为了精确地反演陆面温度,最好采用热红外窗区通道;必须考虑大气订正,特别是在高温高湿区;同时应该考虑陆面发射率等因子的作用。     

喀斯特地区地表温度空间降尺度方法初探

喀斯特地区地形起伏大,常规的降尺度方法及所选择的因子对其不适用。该文根据喀斯特地区的特点,选取反射率、遥感指数及高程因子为尺度因子,通过随机森林模型建立MODIS第31、32波段辐射亮度数据和尺度因子之间的非线性关系,构建适合喀斯特地区的随机森林(Karst Random Forest,KRF)模型,成功将空间分辨率为1 km的热红外辐射亮度降至100 m,最后利用劈窗算法反演得到空间分辨率为100 m的地表温度。将KRF方法与仅考虑常规因子的多因子随机森林回归模型(MTVRF)和热锐化算法(TsHARP)对比,结果表明:1)在不同高差的喀斯特地区,KRF方法可较大程度提高地表温度降尺度精度,均方根误差(RMSE)在遵义市西北部和贵阳市以南地区分别为2.46 K和1.45 K,较MTVRF模型分别降低了0.1419 K和0.2928 K,较TsHARP算法分别降低了0.6204 K和0.6953 K,且在地形起伏度较低的喀斯特山区城市(贵阳市以南)表现更好;2)在喀斯特地区不同地类上,KRF方法效果也较好,其中植被区域最优,RMSE为1.41 K,破碎的裸土区域RMSE为1.84 K。研究显示,考虑特殊尺度因子的KRF方法可提高喀斯特地区地表温度的降尺度精度,为该地区以地表温度为基础的研究提供更精细可靠的地表温度产品。     

基于Landsat数据的2种地表温度空间降尺度算法比较研究

以2003年5月29日福州市LandsmETM＋影像为数据源,对2种地表温度空间降尺度算法——EM算法和HUTS算法进行实验、比较与分析,EM算法是利用高空间分辨率的地表比辐射率对低空间分辨率的亮度温度影像进行调节,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的;HUTS算法则是引入了归一化差异植被指数NDVI和地表反照率d,通过在低空间分辨率拟合二者与地表温度LST之间的关系,然后根据其尺度不变性,将该关系应用到高空间分辨率的影像上,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的．研究结果表明：1）2种算法所得结果影像都能在有效提高空间分辨率的同时较好地保持了原始地表温度影像的空间分布特征,达到了较好的降尺度效果;2）以RMSE为定量评价指标,HUTS算法要略优于EM算法,其中,EM算法的RMSE为1．2494,而HUTS算法仅为0．9869．     

用多角度遥感数据反演混合像元组分温度的可行性分析

利用多通道信息反演陆面温度的传统方法,由于通道间信息的高度相关使反演结果的精度难以提高,并且无法得到混合像元中的组分温度。文中以非同温混合像元热红外辐射方向性规律为基础,建立了连续植被类型非同温混合像元热红外辐射模型,用蒙特卡罗方法模拟分析了连续植被的组分有效比辐射率与变量的关系。结果表明:连续植被热辐射亮度值是组分温度T_v、T_s,叶面积指数LAI,叶倾角分布LAD,以及单叶面比辐射率ε_v(θ)和土壤表面比辐射率ε_v(θ)的函数。利用先验知识对变量进行分析后表明,6个变量中只有T_v、T_s、LAI、ε_v(0)需要反演。由于多角度间组分辐射亮度的相关性低,从理论上讲只需要4个角度的辐射亮度观测值就可以解出4个未知量而达到反演组分温度的目的。这4个角度数据除选择垂直方向上辐射亮度数据外,应在30°～50°视角范围内选择另外3个热辐射亮度数据。     

姚安6.5级地震前的热红外增温特征分析

利用NOAA／AVHRR资料，通过遥感图象处理、地表温度反演、空间统计分析等技术方法。分析姚安6．5级地震震前的热红外温度变化。对计算结果的单点采样比较和面域剖面分析表明，2000年1月15日姚安6．5级地震前，震区出现了明显的热红外持续增温；震前两天热红外温度与地震平静时段的同期同区域温度相比出现了大面积的3℃0℃的正值区域；与同期温度背景场相比，在断裂附近震区增温仍较明显。研究还表明，将卫星热红外辐射技术用于实际地震预报还需要解决两个重要问题：一是资料的时间连续性问题；二是热红外异常与地震的孕育、发生的定量关系问题。     

基于陆面模式和遥感技术的地表温度比较

基于我国中部的样带基础上,采用陆面模式 (Common Land Surface Model CLM) 和遥感结合技术,对研究的样带区域的地表温度利用CLM模式进行模拟和利用遥感分裂窗技术进行反演;以观测地表温度为真值,分别比较模拟地表温度和反演地表温度空间分布特征和误差大小,分析模拟方法和反演方法对计算地表温度的可适性和应用范围,为进行大面的地表温度计算提供选择和参考依据。通过研究发现,模式模拟地表温度同实测地表温度分布的大的格局吻合非常的好, 但是因地貌类型及地表覆盖的影响,模拟地表温度对水域的模拟温度误差较大,大于3%以上,对耕地模拟误差偏小,在 (-3)% 以内,对裸地、草地和林地模拟温度吻合非常的好。反演地表温度同观测地表温度相差较大,分裂窗反演方法适合地表覆盖为草地和林地状态的地表温度的计算,裸露和农耕区域反演的地表温度误差特别的大。