热红外遥感图像中云覆盖像元地表温度估算初论

云覆盖是热红外遥感应用和地表温度(Land Surface Temperature,LST)遥感定量反演的重要障碍。如何估算热红外遥感图像中云覆盖像元的地表温度,是热红外遥感的前沿研究难题。以地表热量平衡为基础,根据地表温度的空间分布连续性、植被对地表温度的影响,提出三种解决云覆盖像元地表温度估算方案:空间插值修正法、植被关系修正法和改进型地表热量平衡法,并探讨云覆盖区地表温度空间分布的洼地效应现象、洼地效应强度及计算方法。基于地表热量平衡方程的洼地效应强度因子和影像灰度值之间关系的数值模拟,是三种估算方案切实可行的关键。     

改进的热惯量模式及遥感土壤水分

本文提出一个考虑地表显热通量及潜热通量的热惯量模式。模式利用了地面定标的方法并充分利用了热象图的空间分布信息,因而较大幅度地提高了估算土壤水分含量的精度。     

基于遥感的区域热环境分析

为研究城市及其周边区域大范围热环境变化,以秦岭山脉南坡和北坡为例,采用遥感数据反演地表温度、植被指数和地表通量,不仅从传统地表温度参数理解区域热环境问题,还着重分析了秦岭两侧地表通量空间分布格局.研究表明,秦岭山脉南坡与北坡气候、地形和地表覆被状况的差异导致地表温度和热通量等热环境均存在显著差异.北坡的西安和咸阳市平均地表温度比其他行政区显著偏高,而在南坡植被覆盖较好的周至县境内,地表温度平均值则显著下降;裸地和居民地的地表温度平均值较高,而潜热通量和蒸散发平均值则较低.遥感估算区域热通量和蒸散发信息与地表温度同样是区域热环境研究中不可忽视的重要表征变量之一,而大范围区域热环境变化对于研究城市热岛效应的形成机制具有重要推动作用.     

基于遥感的银川市建成区城市扩展及其热环境变化分析

为研究银川市城市建成区扩展对热环境的影响,基于1989、1999、2010年和2017年Landsat系列遥感数据,采用建筑用地指数(IBI)提取4个年份的城市建成区信息,获取了城市形态演化指标,利用热红外波段反演不同年份的地表温度;在此基础上,分析了城市扩展和热环境变化的时空演变特征,探讨了城市扩展和热环境之间的响应关系。结果表明:(1)1989—2017年银川市城市建成区扩展面积达506.13 km2,各时期的扩展速度和扩展强度差异明显,城市扩展具有"缓慢—快速—稳步"的阶段性特征,城市空间形态趋于紧凑化,向着稳定状态发展,城市整体向东部和北部扩展,重心整体向东北方向迁移约5.54 km。(2)热岛范围随着城市扩展不断扩大,较高温区域所占热岛比例呈先减小后增加的趋势,高温和特高温占比表现出先增加后减小的特征,热岛强度逐渐向较高温区转移,城市热岛效应得到缓解;热岛空间分布显示,热岛逐渐由兴庆区老城区蔓延至贺兰县和西夏区,且兴庆区热岛逐渐演化为相互独立的小次级热岛,强度有所降低;28 a间银川市城市热岛比例指数(URI)表现出先上升后下降的特征,整体呈上升趋势。(3)热岛区域在空间分布...     

我国西北地区地表反照率的遥感研究

由于地表反照率受地球表面覆盖类型等地表特征的影响，因而利用遥感资料计算大面积区域地表反照率日益受到重视。通过对研究区下垫面类型进行分类（共分雪地，裸土，植被，沙漠和水体等五类），然后针对不同下垫面类型分别建立相应的地表反照率计算方法，对我国西北地区地表反照率的计算，验证了该方法具有较高的计算精度，适于大面积区域地表表反照率的计算，最后对我国西北地区地表反照率的分布特征进行了分析。     

广州市城区热岛效应的遥感应用研究

利用Landsat TM/ETM + 热红外波段数据,根据辐射传输方程的地表温度反演方法,定量计算了广州市城区1988年、1995年和2002年的地表温度,讨论了广州市热岛扩展的时空演变格局和热岛效应形成的主要因素.结果表明,广州市城市热岛效应明显,热岛分布区域广且范围在不断扩大,在空间分布上呈现"三线四区"的特征.通过地表温度对比分析发现,老城区温度比高温区低3.7℃～4.2℃,比低温区温度高2.9℃～3.3℃,热岛强度为6.6℃～7.6℃;城市的功能布局、人类活动和经济发展与热岛效应的空间分布有十分密切的关系,也是影响城市热环境的重要因素.     

地形对热红外数据反演林地表面温度的影响

基于同日过境的Landsat ETM+和TERRA ASTER影像,评估地形对林地表面温度的影响,并针对复杂崎岖地形建立一个林地表面温度归一化模型,集中研究复杂地形(数字高程模型DEM和山体阴影HS)对地表温度的影响,因此只选择同种地物(林地)用于建模;此外,利用逐步掩膜的方法分析了林地边缘混合像元带(过渡带)对模型反演精度的影响。研究结果表明,地表温度和DEM呈负相关关系,与山体阴影呈正相关关系;两种卫星数据都证实了地形对地表温度的影响,且林地边缘过渡带宽度为30m时模型的精度达到最高。     

城市地表热通量遥感反演及与下垫面关系分析

选择日本埼玉县熊谷市为研究区,应用ASTER热红外遥感图像,采用PCACA模型以及理论定位算法,对城市地表热通量的相关参数进行反演,进而分析城市下垫面不同土地覆盖类型对地表热通量以及能量平衡的影响.结果表明,PCACA模型应用于城市区域地表通量估算是可行的.这种算法可以大大减少在下垫面结构复杂的城市区域进行地表热通量估算时所需的参数,并有效降低研究结果的不确定性.研究发现,城乡不同下垫面地表覆盖类型对地表热通量的影响差异显著.不同地表下垫面类型的波文比由大到小顺序依次为:工业用地＞住宅用地＞交通用地＞公共设施用地＞旱田＞公共绿地＞水域.在相同的外部气象条件下,与城市周边的植被覆盖区相比,城市人工建筑用地具有较高的显热通量,较低的潜热通量,以及较高的波文比.由于城市地表显热通量和波文比明显高于周边植被覆盖地表,导致城市地表向低层大气供热的增加,这是城市热岛效应形成的重要机制之一.     

非渗透表面对广州主城区地表热特征的影响

运用Landsat 5号和7号获得的遥感数据,评估广州地表热特征。为了量化城市土地利用程度和开发密度,对研究区基于子像元的非渗透表面丰度进行了分类。通过选择一定的非渗透表面丰度域值定义城乡边界和城市开发密度,应用陆地卫星热波段研究城市热格局。分析认为:可以基于量化的城市土地利用程度和开发密度确定地表热特征和格局。广州城区在日间具有热效应(热源),这种热效应与城市开发密度高度相关,即高丰度的非渗透表面通常与高地表温度相关联。基于植被冠层覆盖信息,证明城市非渗透表面丰度的时空分布及与其关联的热特征是量化城市土地利用、开发密度和城市热格局的有效资料。     

旱情监测中高植被覆盖区热惯量模型的应用

热惯量模型在植被盖度较高地区应用存在局限,以河北省为例研究了高植被覆盖区热惯量模型的应用扩展,得出以下结论:(1)热惯量ATI与近地表土壤水分RSM10具有较好的相关性,3、4和5月RSM10～ATI拟合方程的决定系数R2分别为0.387、0.265和0.249,RSM10估算值平均相对误差MRE分别为20.89%、28.91%和31.54%。(2)高植被覆盖区热惯量模型可用扩展热惯量ETI表示,5月0ETI≤0.015地区面积为112 140.05 km2,主要分布在北部、南部和东南部;0.015ETI≤0.030地区面积为58 513.31 km2,主要分布在中部;ETI0.030地区面积为14 460.54 km2,主要分布在东北部。(3)5月高植被覆盖区旱情监测中,RSM10～ATI方程的决定系数(R2=0.359)显著高于RSM10～ATI方程(R2=0.249),ETI估算RSM10的MRE(25.47%)低于ATI估算RSM10的MRE(31.54%)。     

被动微波遥感数据反演地表温度研究进展

被动微波遥感具有穿透云层( 甚至雨区) 获取地表辐射信息的能力, 在处理云的问题上, 明 显优于可见光、红外遥感, 可更好地服务于相关领域研究。由于微波信号受多种因素的影响, 目前 被动微波反演地表温度的算法还不成熟。根据建模手段和方法的不同, 从经验反演模型和物理反 演模型两方面入手, 系统回顾国内外被动微波数据反演地表温度的算法并加以评述, 指出今后应 加强尺度转换、物理机理以及多数据源结合方面的研究。     

Spatial Patterns in Surface Energy Balance Components Derived from Remotely Sensed Data

A relatively simple modeling approach for estimating spatially distributed surface energy fluxes was applied to two small watersheds, one in a semi‐arid climate region and one in a sub‐humid region. This approach utilized a combination of ground‐based meteorological data and remotely sensed data to estimate ‘instantaneous’ surface energy fluxes at the time of the satellite or aircraft overpasses. The spatial resolution in the watershed grid cells, which was on the order of 100‐400 km, was selected to be compatible with ground measurements used for validation. The model estimates of surface energy fluxes compared well with ground‐based measurements of surface flux (typically within approximately 40 Wm^?2). The model accuracy may be slightly less for bare soil surfaces due to an overestimation of the soil heat flux. In addition to demonstrating the feasibility of computing spatially distributed values of surface energy fluxes, these maps were used to qualitatively infer the dominant factors controlling the energy fluxes for the time period shortly following precipitation events in the basins. For the semi‐arid watershed, values of sensible heat flux varied considerably over the watershed and displayed a pattern very similar to that of the spatially variable cumulative precipitation for at least one to eight days prior to the image acquisition. Due to the large fraction of exposed bare soil in a semi‐arid ecosystem, even very small precipitation events had a strong influence on the pattern of sensible heat fluxes observed shortly after the event (less than 24 hours). For the sub‐humid watershed, the fluxes tended to be more uniform across the watershed, and were influenced by a combination of precipitation total and land cover type.     

WyomingView: No-Cost Remotely Sensed Data for Geographic Education

Abstract

Learning enhanced by visual examples and remotely sensed imagery is a valuable classroom resource for teaching students geographic concepts in a meaningful context. Barriers to the use of imagery include difficulty finding appropriate imagery and the cost of moderate resolution satellite imagery. A program in Wyoming called WyomingView and analogous programs in other states are providing no-cost, preprocessed satellite imagery delivered over the Internet that can help teachers better communicate geospatial knowledge to their students.     

基于越南遥感时间序列数据的湄公河三角洲土地利用及河岸变化检测研究

通过采用先进的遥感技术,基于光学和雷达时间序列卫星影像（陆地卫星,SPOT和雷达卫星）,本文对金瓯半岛（位于湄公河三角洲南部）土地覆被变化及湄公河河岸侵蚀情况进行了检测研究。鉴于金瓯半岛典型的土地覆被类型为红树林,通过对1973-2008年红树林遥感影像分析发现,近年来红树林林地面积急剧下降,超过一半的红树林已经转变为虾养殖场。与此同时,检测发现湄公河河岸已经被严重侵蚀,且侵蚀趋势正加速恶化。具体而言,田河和口河的左右两岸被认为是遭受严重侵蚀的热点区域。本文以1966-1968年地形图作为基准线数据,与1989-2009年卫星影像数据进行比照分析,此外采用数字海岸线分析系统（DSAS）模型对未来变化趋势进行了预测。     

基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估

本文以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,对比其前后两个10年的耕地资源空间分布格局,并进一步分析耕地变化对农田生产力的影响。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译并结合实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10年耕地变化时空监测数据集。进而运用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10年小幅增长,后10年明显减少。耕地增加的主要原因是为满足当地人口的粮食需求以及弥补城市建设对耕地的占用,大面积草地和未利用地被开垦。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20年来陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划具有重要意义。     

利用ASTER遥感数据反演陆面温度的算法及应用研究

陆面温度是地气交换过程的一个重要参数,在生态环境研究中应用很广。传统方法只能进行点上的观测和计算,遥感的出现则使得计算区域陆面温度成为可能。ASTER遥感数据具有较高的空间分辨率和光谱分辨率,能够提供比NOAA/AVHRR和Landsat等遥感数据更丰富的陆面信息,有助于提高反演陆面温度的精度。本文以新疆自治区阿瓦提县典型研究区域为例,根据ASTER遥感数据的特点,基于温度/比辐射率分离算法的思想,运用ADE(AlphaDerivedEmissivity)、比值法和MMD(Maximum-MinimumDiffer-ence)三个模块计算陆面温度,并简要分析了模型的主要误差来源。分析结果表明本文所采用的算法是可行的,ASTER遥感数据用于反演陆面温度可以取得比较理想的结果,具有良好的应用前景。     

城市地表水体时空演变及其对热环境的影响

以福州市建成区为例,基于Landsat遥感影像对水体类型进行分类,并提取出1989、1996、2006和2014年的地表水体信息,然后与不透水面、植被和地表温度信息结合,运用回归模型定量分析了1989~2014年间福州城市地表水体的时空变化及其对城市热环境的影响。结果表明：① 1989~2014年间,福州建成区各类地表水体均呈不断减少趋势,25 a间水体总面积减少了1 490.67 hm²,其中有70.0%转变成不透水面;② 1989~2014年减少的1 490.67 hm²水体对福州建成区温度上升的贡献达1.03℃,而在水体减少的具体区域,其升温效应可达3.6℃。     

基于遥感的北京山区植被覆盖景观格局动态分析

根据l994年和1999年的两期Landsat TM数据，在FCD Mapping model原理和方法的基础上，得到北京北部山区昌平、怀柔、密云和平谷的植被覆盖牢固，并利用FRAGSTATS软件对所得的植被覆盖等级图从斑块大小、斑块数、斑块密度、斑块平均面积、分形维数和聚集度等角度进行了空间格局变化的剖析。结果表明：1)各研究区均显示无植被覆盖类型占据着景观中的优势地位。1994一1999年期间，研究区总的植被覆盖率除平谷降低外，其它三个区均呈现增长趋势，其中昌平增长最显著。说明平谷的植被覆盖状况逐渐变差，而昌平、怀柔和密云的植被覆盖状况逐渐转为良好。然而各研究区的植被仍需进一步进行保护。2)1994一1999年期间，景观整体的斑块密度都在减少，其中平谷减少的最多，说明景观整体的破碎化程度降低；多样性指数和均匀度指数也呈现降低趋势，其中密云减少最为显著，表明景观越来越由少数植被覆盖等级类型所控制。3)各研究区中景观整体的分维数相差不大，各景现组分的分维数标准差均较低，说明山区的斑块形状主要取决于自然地貌及自然环境条件。4)1994—1999年期间，蔓延度指数均呈现增长的趋势，聚集度指数的变化不显著，但都接近于1，说明景现整体的聚集程度较高。