基于物理模型的被动微波遥感反演土壤水分

利用土壤水分和海洋盐度(SMOS)卫星进行土壤水分反演的算法中,对地表发射率的描述仍采用半经验Q/H模型,该模型描述地表粗糙度对有效发射率在V和H极化下影响相同.基于微波散射理论模型-高级积分方程模型(AIEM)建立了一个针对SMOS传感器的参数配置,包含各种地表粗糙度和介电特性的裸露地表辐射模拟数据库,发展了L波段多角度地表辐射参数化模型.在此基础上,利用SMOS多角度双极化特点,建立了土壤水分反演算法.该算法可以消除粗糙度对土壤水分反演的影响,同时最小化反演过程中辅助信息引入带来影响.反演算法通过美国农业部提供的L波段多角度地基辐射计数据(BARC)进行验证,在20°~50°入射角,土壤水分反演精度在4%左右.     

利用ASTER数据反演陆面温度的研究进展

目前利用ASTER数据反演陆面温度的算法可划分为3类：ASTERTES（Temperature／Emissivity Separation）算法，多通道算法，辐射传输算法。对上述3类方法进行了分析比较，提出了今后工作中要：实现遥感的综合反演、地表发射率的精确获取以及反演实用价值更大的组分温度的努力方向。     

改进的劈窗算法结合Landsat 8热红外数据反演地表温度研究

将劈窗算法(SW,split window algorithm)应用于Landsat8数据进行地表温度反演,完全基于Landsat8数据本身不需要借助外部数据源,克服了传统地表温度反演依赖MODIS水汽产品外部数据造成的局限,实现利用Landsat8热红外数据反演得到较高空间分辨率的地表温度产品。以美国Walnut Gulch流域为例进行SW算法地表温度反演,并与SC算法结果、MOD11-L1地表温度产品和实测地表温度数据对比分析。结果表明,与SC(generalized single-channel algorithm)算法和MOD11-L1地表温度产品相比,SW算法应用于Landsat 8数据的地表温度反演取得较好的效果,平均误差最小为0.89K,相关系数最高为0.9841,反演结果和实测数据具有较好的一致性。     

基于HJ-1B卫星数据的疏勒河上游流域地表温度反演

地表温度是描述地表和大气之间物质交换和能量平衡的关键参数之一. 利用疏勒河上游流域2010年7月25日过境的HJ-1B卫星数据, 采用修正的Jimenez-Mufloz&Sobrino普适性单通道算法反演了疏勒河上游流域的地表温度. 与MODIS LST产品的对比验证表明, 该算法在研究区有较高的精度. 同时, 对不同土地利用类型的地表温度的分析表明, 土地利用类型不同, 其地表温度存在一定的差异, 其中, 稀疏草地的地表温度最高, 裸岩次之. 研究发现, 在河流和冰川区, 修正的单通道算法可能高估了表面温度. 同时, 对模型反演所需的关键地表参数的敏感性分析发现, 算法在一定范围(0~0.01)内对比辐射率不太敏感, 但超过该范围则变得非常敏感, 而对大气水汽含量比较敏感. 因此, 一定程度上, 地表比辐射率和大气水汽含量的精度对HJ-1B卫星数据反演地表温度的准确性起主要作用.     

被动微波遥感反演地表温度研究进展

热红外遥感技术在地表温度反演中已经获得了丰厚的果实,反演精度可达到1 K,然而,大气中云雾和尘埃对热红外遥感探测地表温度影响很大,限制了热红外遥感反演地表温度的应用.相反,被动微波遥感受大气干扰小,可穿透云层获取地表辐射信息,并具有全天候、多极化等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性.但是微波信号也受多种因素的影响,其反演地表温度的算法目前尚不成熟,有待进一步研究.根据不同微波辐射计特征,系统讨论并评估了被动微波反演地表温度的经验模型、物理模型以及半经验模型及其发展过程,指出目前研究的难点和缺点,为今后相关研究提供参考.     

复杂地表条件下冻融土的微波辐射特性模拟及判别分析

针对AMSR-E数据的新特点,在HUT积雪辐射模型的基础上,增加冻土介电模型计算冻融土的介电常数,并使用ATEM模型描述地表的散射特性,建立寒区地表微波辐射模型,对寒区6种典型环境的微波辐射进行了模拟.结果表明:使用36.5 V的亮温以及6.925 H、10.65 H、18.7 H与36.5 V的亮温比分别衡量地表温度和发射率的变化,最能体现地表土壤的冻融变化特征.通过Fishcr判别分析,建立了复杂地表条件下的冻融土判别算法,并使用微波辐射计观测数据进行修正.AMSRE星载数据的验证结果表明,该判别算法能够有效区分较长时间序列和人范围的地表冻融状态,是种可靠的判别模式.     

热红外遥感的温度与发射率分离研究进展

热红外传感器测得的辐射亮度值是温度和发射率的函数,因此,对于热红外遥感反演地表温度,温度和发射率的分离是一个关键问题。总结了地表温度反演所取得的进展,综述了温度与反射率分离的几种主要方法,对比分析了各种方法的优缺点。最后,对地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

针对MODIS数据的地表温度反演算法检验——以黑河流域上游为例

地表温度遥感反演算法的榆验与评价是确保算法能够有效应用的前提.选取2008年3月覆盖我国西北黑河流域上游地区的Tcrra/Aqua MODIS影像,利用卫星过境时地面样方的实测地表温度数据对MOD/MYD11A1产品及4种常用的分裂窗算法进行了验证.同时,利用典型大气探空数据构建了用十算法检验的模拟数据集.利用实测地表温度数据的验证结果表明,MOD/MYD11A1产品及Mao等提出的实用性分裂窗算法精度较高,均方根误差分别为1.1 K、0.9 K.基丁地表温度的模拟数据集验让结果表明,在黑河上游寒旱环境下,Mao 2005算法的均方根误差控制在0.8 K以内.由于研究区大人气水汽含量较低,传感器观测天顶角对于地表温度反演精度影响较小.     

基于MODIS数据的石羊河流域地表温度空间格局

利用2010年4期MODIS影像, 基于植被指数、 地表比辐射率、 大气透过率和星上亮度温度, 采用分裂窗口算法, 反演石羊河流域不同季节地表温度并对其进行验证. 结果表明: 石羊河流域四季地表温度变化明显, 昼夜温差很大, 其中, 春季温度分布在-13.45~29.27℃之间; 夏季温度分布在-3.75~56.29℃之间; 秋季温度分布在-10.15~32.67℃之间; 冬季温度分布在-17.15~12.75℃之间. 从地表温度空间分布上看, 在武威、 民勤、 古浪等绿洲地区地表热量丰富, 水土和植被效应显著, 热量呈圈状空间递减趋势; 在下游地区腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠地区夏季温度最高, 祁连山东端的石羊河上游地区由于受常年积雪、 河流、 地表植被和海拔等因素影响地表温度较低. MODIS数据为宏观小流域热环境监测提供了新的途径, 且将遥感数据和地表下垫面数据相结合能提高反演精度.     

基于Clementine热红外数据的Apollo17登月点区域氧化钙含量反演

为了研究利用Clementine热红外数据反演月球表面岩石的氧化钙(Ca O)含量,论文选取了两景覆盖Apollo17登月点的Clementine热红外影像,将其覆盖的区域选为研究区。利用月球表面温度物理模型模拟月表温度,结合普朗克函数,完成发射率反演。在此基础上,对LPI中35个除Apollo17登月计划外所采集的样品Ca O含量与其热红外发射率特征做回归统计分析,发现存在很好的线性关系(R2=0.661)。由此,基于Clementine热红外发射率实现了研究区Ca O含量反演。通过利用LPI Apollo17月岩(壤)样品实际Ca O含量分析数据对反演结果进行精度评价,发现8组反演值与实际值的相对误差最小为1.77%,最大为9.29%,均方根误差为0.767。研究结果表明,使用发射率进行Ca O含量反演方法可行,为利用Clementine热红外数据对月表矿物成分含量定量反演提供一种新的思路。     

MODIS地表温度产品在青藏高原连续多年冻土区的适用性分析

利用自动气象站观测的长波辐射计算得到的地表温度对MODIS地表温度(LST)产品在青藏高原中部连续多年冻土区的精度进行验证, 并利用具有较高空间分辨率的Landsat 5 TM和Landsat 7 ETM+反演的地表温度与MODIS LST产品进行了对比分析. 结果表明: 白天MODIS LST产品的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别约为3.42~4.41 ℃和4.41~5.29 ℃, 夜晚MODIS产品MAE和RMSE分别为2.15~2.90 ℃和3.05~3.78 ℃, 精度高于白天; MODIS LST与TM、ETM+反演的地表温度一致性较好, 相关系数分别达到0.85和0.95. 说明MODIS LST产品在连续多年冻土区的适用性较高, 是研究多年冻土地表热状况的一个非常好的数据源. 而且, 不同空间尺度的遥感数据之间一致性较好, 可考虑将多源遥感数据应用于多年冻土热状况监测研究.     

遥感技术在陆面过程研究中的应用进展

探讨了当前陆面过程 (LSP)研究的特点 ,指出遥感在陆面过程研究中的应用以及陆面过程国际合作实验是突出的特点 ,进而对遥感技术的陆面参数获取、地表能量通量的计算以及与 LSP模式的结合研究及进展进行了综述。根据不同特征的地表参数选择光学遥感或微波遥感已成共识 ,而综合利用不同遥感数据获取同一种地表参数也已成为研究热点 ,当前及今后发射的携载多种遥感仪器的众多遥感卫星为此项研究提供了条件 ;遥感与 LSP模式的结合研究是遥感在陆面过程研究中深入应用的一个方面 ,国际陆面过程合作实验是这项研究的重要保证。     

全球变化与地表参数的定量遥感

从全球变化研究对遥感获取地表时空多变要素信息的需求 ,论述定量遥感中对地表多尺度空间信息作地学描述的新思路和新方法。在分析了变差图描述方法的特点及其不足的基础上 ,提出了直方变差图的概念 ,通过定义驻点和边界点 ,尝试采用直方变差图分解的方法分析地物空间分布规律 ,并通过一个实验对此方法进行了说明。进而基于对地表空间分布信息的提取 ,将可见光、近红外波段遥感信息用于热红外遥感的地温反演 ,利用地表空间结构和大气温度空间分布模式的差异 ,将热红外遥感图像分为地表贡献和大气贡献两部分 ,通过空间相关性分析 ,寻求从热红外遥感图像中直接分离出大气的空间分布模式的方法 ,以解决地温反演中面临的困难。已有的研究结果说明了在全球变化和定量遥感研究中 ,对地表多尺度空间变化信息作简洁的地学描述的必要性及其重要的应用意义。     

Probable regional geothermal field reconnaissance in the Aegean region from modern multi-temporal night LST imagery

The Hellenic Peninsula and the adjacent Aegean and Ionian seas are segmented into regions on the basis of Terra satellite-MODIS instrument derived land surface temperatures (LST) to test if they can be used in the field reconnaissance for potential geothermal targets, each region representing a different thermal signature. The method has been used successfully to identify hot spot and geothermal activity in the Afar Triangle and in the Red Sea. Night monthly average LST values per pixel, since 2001, are used in this work for geothermal field identification. Average LST seasonal variability is expressed by a common centroid curve of pixel cluster. Clusters were subsequently ranked in increasing LST according to their centroids. Cluster-2 represents by far the Aegean volcanic arc (AVA) which comprises the high enthalpy (320 and 350°C, respectively) geothermal fields of Milos and Nisyros. The interpretation of LST terrain segmentation into sub-clusters of Cluster-2 is consistent with thermal anomalies related to the volcano-islands of the AVA, the occurrence of thermal anomalies related to granodiorite plutons in the Cyclades and to the volcano-related anomalies of the Dodecanese Province. We conclude that the identification of such thermal anomalies obtained by a combination of remote sensing (LST), regional geology and field data (borehole, thermal spring and subsurface hydrothermal reservoir temperatures) can be a particularly useful exploration tool for localizing geothermal anomalies.     

西藏地表温度时空演变特征及影响因子

地表温度（land surface temperature,LST）是反映生态环境状况的重要指标。西藏作为气候变化的敏感地区,掌握其LST的时空变化有利于深入了解西藏热环境演化过程,为长期监测高原基础生态变化提供帮助。研究基于谷歌地球引擎获取西藏2000—2020年的MODIS LST数据,采用归一化分级方法对LST进行5个等级的划分,利用趋势分析、热力空间分析以及重心迁移等方法分析了研究区近20年来的LST时空演变特征。同时,选取归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、裸土指数（bare soil index,BI）、垂直不透水面指数（perpendicular impervious surface index,PISI）、湿度（WET）以及高程（digital elevation model,DEM）等5个影响LST的地表参数,结合多尺度地理加权回归,探讨了LST影响因子的作用尺度与作用效力。结果表明：2000—2020年,西藏LST均值由18.72℃上升至20.28℃,年均增长0.09℃,LST呈现微弱上升态势。2...     

Comparison of split window algorithms to derive land surface temperature from satellite TIRS data

Remote sensing data can be used as the basis for meteorological data. Due to the limitations of meteorological stations on the Earth, derivation of land surface temperature is one of the most important aspects of the remote sensing application in climatology studies. In the present study, Landsat-8 thermal infrared sensor data of the scene located over Khuzestan province with row/path of 165/38 were used to derive land surface temperature (LST). Normalized difference vegetation index (NDVI), fraction of vegetation cover, satellite brightness temperature, and land surface emissivity were calculated as the vital criteria to derive LSTs using the split window algorithms. LST determination was performed by nine different split window algorithms. Eventually, LST products were evaluated using ground-based measurements at the meteorological stations of the study area. The results showed that algorithm of Coll and Casselles had a highest accuracy with RMSE 1.97 °C, and Vidal’s method presented the lowest accuracy to derive LST with RMSE 4.11 °C. According to the results, regions with high density of vegetation and water resources have lowest diurnal temperature and regions with bare soils and low density of vegetation have a highest diurnal temperature. Results of the study indicated that LST algorithm accuracy is an important factor in the environmental and climate change studies.     

The relationship between land surface temperature and land use/land cover in Guangzhou,China

The integration of remote sensing, geographic information system, landscape ecology and statistical analysis methods was applied to study the urban thermal environment in Guangzhou. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Normalized Difference Build-up Index (NDBI), Normalized Difference Barren Index (NDBaI) and Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) were used to analyze the relationships between land surface temperature (LST) and land use/land cover (LULC) qualitatively. The result revealed that, most urban built-up lands were located in the middle part, and high LST areas mostly and were in the middle and southern parts. Therefore, the urbanization and thermal environment in the middle and southern parts need to be determined. Land surface temperature increased with the density of urban built-up and barren land, but decreased with vegetation cover. The relationship between MNDWI and LST was found to be negative, which implied that pure water would decrease the surface temperature and the polluted water would increase the surface temperature. A multiple regression between LST and each indices as well as the elevation was created to elevate the urban thermal environment, which showed that NDVI, NDBI, NDBaI, MNDWI were effective indicators for quantifying LULC impacts on LST.     

田块尺度作物辐射温度获取方法对比研究

热像仪的优势在于可以获得组分辐射温度,常用于地面温度同步测量实验中,其数据与植被覆盖度联合还可以得到作物田块尺度的平均辐射温度。以黑河流域进行的星—机—地遥感综合观测试验加密观测——盈科绿洲玉米地的热像仪和手持式红外辐射计温度测量数据为基础对不同采样方式获得的地面辐射温度进行对比。对于热像仪数据:①采用阈值法对热像仪影像中的玉米和土壤背景两组分进行分离,获得了各自辐射温度的平均值;②利用LAB彩色变换法处理同步拍摄的真彩色照片,获得每块玉米样地的植被覆盖度;③最终结合组分温度和植被覆盖度求得地块平均的辐射温度。经过实验对比发现,由热红外图像计算获得的地面平均辐射温度与手持式红外辐射计垂直垄或顺垄条带采样获得的地面平均辐射温度差值较小,基本在±1℃以内,而3种测量方式的最大值、最小值相差较多。还模拟了几种常见尺度下利用手持式红外辐射计进行随机采样时,其采样平均值以不同的置信度处于真实温度±0.5℃之间所对应的采样次数。分析表明,基于点测量的采样方案难以仅利用1~2台手持式红外辐射计实现对田块或更大尺度平均辐射温度的准确测量,高时空采样频率是保障地面辐射温度测量精度的前提,与遥感像元尺度相匹配的地面真实性检验需要...