利用双通道双温度在室内测量方向比辐射率

主动法测量比辐射率是通过对方向半球反射率的测量而间接获得的,由于在2π空间中测点有限,且主动光源存在对目标物的加温现象而使测量结果误差较大.被动法测量比辐射率存在两个问题一是被测物的温度无法获得;二是很难从传感器中分离出环境辐射经目标物反射的部分.为避免直接测量目标温度和排除环境辐射的影响而提出过"箱式法”、"双温度法”等比辐射率测量方法,然而所有这些方法都无法测量比辐射率的方向特性.为了能较精确地量化环境辐射项,制作了一个直径为3m多的球体,在背景辐射的普适性计算公式基础上,利用双通道热辐射仪在两个温度下用自动观测装置测量了抛光铝板方向热辐射亮度值,最后计算得到铝板的方向比辐射率值.     

土壤水分及粗糙度对比辐射率的影响

比辐射率是影响地表温度遥感反演精度的主要因素,是定量热红外遥感领域研究的核心内容,其与土壤质地、土壤成分、土壤水分和土壤粗糙度关系密切。首先通过试验方法初步研究了土壤水分和土壤粗糙度对土壤比辐射率的影响。其次采用傅里叶变换红外光谱仪观测不同水分条件下土壤比辐射率波谱。最后采用基于改变两次环境观测原理的一种主被动漫射式实时比辐射率测定装置观测不同粗糙度条件下8—14μm土壤比辐射率均值的变化。结果表明,土壤比辐射率随土壤水分的增加而增加,其中影响最显著波段范围是3.3—5.3μm,这个波段范围内波段平均比辐射率干土与湿土差异大于0.2;影响最小的波段范围是11—15μm,这个波段范围内波段平均比辐射率干土与湿土差异在0—0.015之间;在热红外波段,8—9.5μm是土壤水分对比辐射率影响最大的波段,干土与湿土比辐射率差异大于0.05;土壤比辐射率随着粗糙度的增加略有增加,干土和湿土都有此规律。     

利用不同地表比辐射率对ETM＋数据地表温度反演对比研究

地表温度作为研究环境生态影响的一个重要指标之一,以Landsat ETM+的热红外波段作为数据源,辅助大气透过率、大气平均气温等参数,利用单窗算法基于混合像元、NDVI、植被和裸露地三种不同地表比辐射率反演泉州市地表温度,对比分析结果表明采用这三种地表比辐射率反演地表温度的方法均是可行的,对于具体采用哪一种地表比辐射率应需要结合实际的研究区域地表地物的实际监测地表温度进行对比后,方可选择合适的地表比辐射率进行地表温度反演,会更具实际意义。反演结果可为城市热岛效应等研究提供支持数据源。     

基于决策树模型的武汉市地表比辐射率反演研究

地表比辐射率值是反演地表温度中的关键参数,它通过高效的遥感影像分类方法来获取。利用NDVI指数,MNDWI指数及NDBI指数,探讨基于决策树模型的比辐射率估算方法,并通过与传统方法的对比研究,认为针对武汉市的特点,采用决策树的比辐射率估算方法精度高于传统模型,较适合研究区的地表组成特征。     

基于MODIS的江汉平原比辐射率季节变化规律研究

基于Terra-MODIS L3级产品(MOD11C3),研究江汉平原区域比辐射率在一年四季的变化特征。结果表明,江汉平原区域的比辐射率值在1 a内整体处于一个稳定的区间,相比其他三季,冬季高比辐射率区间所占面积有明显增加,同时存在多种类别的比辐射率值;春季和冬季的平均比辐射率值最高,夏季最低,秋季比辐射率值居夏冬两季之中。对不同土地覆被类型的比辐射率值的研究表明,水田和水域的比辐射率值最高,建设用地比辐射率值最低但波动较大,林地和草地的比辐射率值最为稳定,耕地的比辐射率值明显高于自然植被;各种地类的比辐射率年变化趋势基本一致,均在夏季出现波谷,秋季呈上升趋势,冬季有小幅的波动,春季最稳定。     

从宽波段热红外图像反演组分温度的相关问题讨论——通道响应函数和比辐射率波段变化的影响

对于宽波段传感器,不一定能直接由普朗克定律或者斯蒂芬玻尔兹曼定律建立温度与辐射亮度的关系。在知道传感器通道响应函数和像元组分比辐射率波段变化的情况下,只要恰当地拟合出黑体温度和其宽波段热辐射的对应经验关系式,并计算一个通道响应函数加权平均的比辐射率,则从混合像元的宽波段多角度热红外观测仍可较准确地反演组分温度。以AMTIS为例,文中给出了两种拟合宽波段传感器亮度温度和辐射亮度之间关系的方式:一种是从斯蒂芬玻尔兹曼定律的形式出发的;另一种则是用普朗克定律,选择一个合适的波长,使得AMTIS传感器随温度变化的热辐射曲线和普朗克函数在某个波长处的热辐射曲线两者之间尽可能地平行。文中以两个例子说明了这两种方式在宽波段传感器组分温度反演中的应用和误差,分析了比辐射率波段变化对组分温度反演的影响。     

陆地卫星TM6波段范围内地表比辐射率的估计

地表比辐射率是用热红外波段遥感数据反演地表温度的关键参数。目前,应用陆地卫星TM6波段数据反演地表温度共有3种算法,即大气校正法、单窗算法和单通道算法。这3种算法都需要TM6波段范围内的地表比辐射率作为地表温度反演参数。本文首先简介这3种反演算法;然后着重探讨TM6波段地表比辐射率估计方法;最后,利用这一方法对山东省陵县附近农田地区进行地表比辐射率估计和地表温度反演。结果表明,该方法能获得较合理的地表温度反演结果。     

遥测地表温度与比辐射率的迭代反演方法──理论推导与数值模拟

首先在地表比辐射率为已知的条件下,提出一个非线性迭代温度反演模型,我们对不同的地表和大气条件进行了模拟计算,结果表明当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±２０％时的温度均方根误差为０．４８Ｋ。当大气模式误差一个模式时反演的温度均方根误差为０．８５Ｋ。在此基础上,引人相邻像元的概念,相邻像元的大气状况可以认为是相同的,应用两个时相的遥感影像数据,假定在两个相近时相之间地表比辐射率值不变,建立地表比辐射率与温度的反演模型。我们对不同的地表和大气条件进行了模拟计算,结果表明当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±２０％时地表温度均方根误差小于１．５Ｋ,地表比辐射率均方根误差小于０．０２,地表辐射均方根误差为１％;当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±１０％时,地表温度均方根误差小于１．０Ｋ,地表辐射均方根误差小于０．６％。     

敦煌地区大气水汽和气溶胶对获取地表温度的影响

大气中的水汽和气溶胶含量是影响热红外波段数据的主要因素。针对敦煌地区,本文首先利用ＬＯＷＴＲＡＮ－７辐射传输模型对１９９２年９月２５日敦煌市西戈壁的一幅Ｌａｎｄｓａｔ－５ＴＭ６波段的热红外图像数据进行了大气订正,获取了地表辐射温度。进而利用ＬＯＷＴＲＡＮ－７通过模拟计算研究了该地区大气水汽和气溶胶含量的变化对ＴＭ６波段地面温度获取结果的影响,给出了对于热红外图像进行大气订正的主要判据。另外,文中还对热红外波段地面比辐射率的影响也进行了简单分析     

陆面温度反演算法——劈窗算法的敏感度分析

劈窗算法是目前由热红外遥感图像数据获取陆面温度最主要的方法。由于进行地面像元尺度实时陆面温度同步测量的困难,尚无法直接对现有各劈窗算法进行评判。该文借助于辐射传输模型ＬＯＷＴＲＡＮ－７及其提供的６种标准大气模式,进行模拟计算,分析了６种主要劈窗算法对大气廓线误差和比辐射率的敏感度,作为劈窗算法适用性的一间接判据。     

Integrated approach of using ASTER-derived emissivity and pixel temperature for delineating different granitoids – a case study in parts of Dharwar Craton,India

We have delineated different granitoids based on variation in emissivity and relative surface temperature recorded in thermal bands of Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) sensor of EO-1 satellite. In this regard, we have used emissivity normalization algorithm to derive broadband emissivity from thermal bands of ASTER sensor to delineate different lithounits of the granitoid family. We have compared emissivity and radiance image composites in terms of delineation of different granitoids. We have also used false colour composite (FCC) image derived using two emissivity bands and temperature (derived using emissivity normalisation method) bands to delineate different granitoids. We could differentiate different granitoids in the three-dimensional (3D) data space of ASTER-derived emissivity bands (second and third bands) and temperature bands. Based on the analysis of 3D scatter plot, we also proposed a ternary diagram of emissivity and temperature, which can be used to delineate different granitoids.     

基于ASTER GED产品的地表发射率估算

地表发射率是地表温度反演的重要输入参数,为了解决现有地表发射率估算方法在裸露地表精度较差的问题,本文基于最新的ASTER全球地表发射率产品(ASTER GED)和基于植被覆盖度的方法(VCM),提出了一个改进的地表发射率估算方法。首先,利用ASTER GED产品求解裸土发射率,然后,利用ASTER波谱库中的植被发射率和植被覆盖度结合VCM方法计算地表发射率。利用张掖地区2012年11景ASTER TES算法反演的地表发射率产品和实测地表发射率数据进行了验证,同时利用一景Landsat 8 TIRS数据分析了对地表温度反演精度的影响。结果表明该方法估算的地表发射率整体精度较高,可以有效改进裸露地表的发射率估算精度,用于支持利用多种热红外传感器数据生产高精度的地表温度产品。     

机载热红外扫描仪的信噪比研究

分析了机载热红外扫描仪的信噪比与各种因素之间的关系，利用高斯－喇格尔公式给出了信噪比的解析表达式，阐述了提高信噪比的途径。分析了温度、发射率、扫描角度对系统信噪比的影响，得出了相应的理论公式，并定性分析了它们对信噪比的贡献。     

中国城市微波发射率提取与特征分析

城市是陆表重要的覆盖类型之一,精确提取城市微波发射率、研究其辐射特征和影响因素有利于提高城市密集区被动微波遥感反演土壤水分的精度.利用2008 年AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System)6.925 GHz 和10.65 GHz 双极化的时间序列亮温数据和其他多种辅助数据,在分析并去除无线电干扰的前提下,提取中国区域相对纯净城市像元的发射率,并分析其辐射特征的季节变化和影响因素.结果表明,根据本文方法提取得到的中国区域纯净城市像元有两个,分别位于北京和上海.城市亮温受到无线电干扰影响,一年内不同城市、波段、过境时间的卫星观测亮温受到的干扰强度不同.去除无线电干扰后,各通道的城市发射率在一年中变化不大,且卫星降轨观测时刻的发射率比升轨时刻更加稳定.降雨是影响城市发射率的重要因子,当降雨量达到一定程度后,城市发射率与降雨量呈现明显的负线性相关.     

Angular effect of MODIS emissivity products and its application to the split-window algorithm

The angular effects of emissivity are ignored in current land surface temperature (LST) products. As a result, the directionality of these LST products limits their further application in many fields. Accurate correction of the angular problem of LST products requires explicit understanding of the angular effects of emissivity at the pixel scale. Currently, nearly ten years of global emissivity products of MODIS are available. However, the pixel-scale directionality of emissivity has never been analyzed. By performing a statistical analysis of 5-year MODIS emissivity products over most of East Asia, we generated the empirical relationships between the directional emissivity, land cover, and seasonal variations. Two look-up tables (LUTs) of directional emissivity were created for typical land cover types and applied to the generalized split-window algorithm to modify the MODIS LST. The results showed that the angular effect of emissivity could introduce a significant bias of −1-3 K to the 1 km resolution LST. Finally, the spatial scale effects of emissivity were analyzed, and it was found that the temperature differences caused by scale effects fell within +/−0.5 K for most pixels if 5 km emissivity was used in 1 km LST retrieval. Therefore, wide use of the LUTs can be expected.     

Atacama Field Campaign: laboratory and in-situ measurements for remote sensing applications

This work presents the preliminary results of the first field calibration campaign performed in the Atacama Desert, Chile, between the 18 and 22 August 2014, called the Atacama Field Campaign (ATAFIC 2014). In situ measurements were performed in order to spectrally characterize the surface reflectance spectra between 0.3 and 2.5?µm, radiometric temperature (8.0–14.0?µm) and atmospheric measurements. A soil sample was collected and analyzed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy and X-Ray Diffraction techniques to characterize the surface reflectance spectra and mineralogical composition, respectively. ASTER land surface emissivity in addition to GOES, MODIS and Landsat-8 land surface temperature (LST) were also used. Results showed that the spectral features of the Atacama soil and the characteristics of this geographical zone, which is featured as the most hyper-arid and cloudless place in the world, make this area a potential target for surface reflectance characterization. Day and night LST comparison between field and remote sensing data are lower than 2?K and the Root Mean Square Error for land surface emissivity is close to 2%. This work opens the possibilities to consider the Atacama Desert as a reference target for calibration and validation activities for earth observation missions’ purposes.     

土壤发射率光谱提取算法的对比研究

土壤的发射率具有较大的不确定性,为了准确提取土壤的发射率,利用ASTER光谱库中的58条土壤光谱,模拟产生了热红外高光谱数据集,利用这些数据进行了土壤的发射率提取试验,分析了较为典型的几种温度发射率分离方法,如NEM、ISSTES、α剩余法、MMD、TES在土壤发射率提取中的适用性、稳定性和精度,并根据分析的结果对各种算法在土壤发射率反演中的应用进行了相应改进.对于NEM方法,给出了最优的最大发射率;对于MMD方法,提出了一种比原平均-最小最大发射率之差更好的经验关系;在TES方法中,使用ISSTES代替原先的NEM方法,获得了精确的发射率初始值.基于模拟数据的算法分析结果表明,对于地面测量高光谱数据的土壤发射率信息提取,ISSTES准确度最高.最后给出了使用这5种方法由地面实测高光谱数据提取的土壤发射率光谱实例,提取的发射率光谱的分布情况很好印证了基于模拟数据的算法分析结果.     

地表发射率不同的估算方法对地表温度的影响

随着遥感技术的日益成熟,用热红外波段反演地表温度的方法也日趋完善,其中一个关键参数--地表发射率的估算,直接影响着地表温度的反演结果。基于TM6的热红外波段,分别采用最常用的Van的地表发射率估算方法和综合了覃志豪与Sobrino的估算方法,对北京地区的地表温度进行了反演,并在此基础上对这2种估算方法所得结果进行了比较,从而为找出更为有效的地表发射率估算公式提供依据。结果表明,对于农林地2种估算方法都比较适合,但是对于水体和城市等人口密集地区,则需要和当地的实测数据进行比对,从而确定更为合适有效的估算方法,以得到更为精确的地表温度结果。     

Field validation of the GLASS land surface broadband emissivity database using pseudo-invariant sand dune sites in northern China

The land surface broadband emissivity (LSBE) is a key parameter for estimating surface radiation, and there have been many studies of the LSBE at global or local scales. However, few studies have validated the surface emissivity database with multi-point field measurement data using infrared radiometry, especially in China. In this study, we focus on the validation of the emissivity product of the global land surface satellite (GLASS) LSBE database for northern China for the period from 2006 to 2011. Specifically, we have employed an eight-day averaged, gridded emissivity product in the 8–13.5 µm spectral range produced at a spatial resolution of 1000 m from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer albedo product using a new algorithm. The GLASS LSBE database was validated over bare surfaces with field measurement data from sand samples collected at many pseudo-invariant sand dune sites located in western and northwestern China. By comparing measured emissivity for different land surface types at different sites and different times, it was shown that the results were consistent and that the accuracy of the field measurements was reliable. The results of the validation of GLASS LSBE with these field emissivity data showed very good agreement.