热红外遥感反演地表温度研究现状

地球表面温度是一个重要的水文、气象参数,它影响着大气、海、陆之间的感热和潜热交换,是诸多研究领域不可或缺的基础资料,精确定量反演陆面温度的成果将推动旱灾预报和作物缺水研究、农作物产量估算、数值天气预报、全球气候变化和全球碳平衡等领域研究的进展。因此,利用卫星遥感资料进行地表温度的反演已成为目前遥感定量研究中的重要任务之一。本文阐述了遥感反演地表温度的原理及各种方法,对各种方法所要解决的关键问题及优缺点做了评述,最后展望了遥感反演地表温度的发展趋势。     

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。     

利用NOAA卫星资料反演最高地表温度

建立了以华北平原日最高地表温度实测值为非独立变量，ＡＶＨＲＲ的第４、３、５通道亮度温度为独立变量的线性回归方程，以及ＡＶＨＲＲ第４通道亮度温度等为独立变量的线性回归方程。经分析认为，后者是估算我国北方地区冬季晴空无冰雪覆盖情况下最高地表温度较合适的回归方程。     

使用LANDSAT-5 TM数据反演金塔地表温度

使用Landsat-5 TM的热红外波段资料用Weng等、Qin等及Jimenez Mufioz等三种不同的方法对金塔地区地表温度进行反演,并将反演得到的结果与实测进行比较。结果表明．三种办法均能较好地反演出金塔绿洲地表温度的分布状况．其中,Weng等及Qin等的反演方法反演的结果较好,绝对误差均〈1.9℃;而Jimenez Mufioz等的方法反演的结果较差。     

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。     

利用NOAA-AVHRR遥感资料反演长江三角洲地表反照率的试验

利用NOAA－AVHRR的CH1和CH2资料，反演了长江三角洲地区地表反照率瞬时值，与前人给出的不同地面覆盖物反照率进行对比，表明对该地区的反演是可行的。还提出一种由单一时刻反照率推算一天中其他任意时刻反照率的方法，发现方法可靠。最后比较了太阳天顶角和地表状况对地表反照率的影响大小，发现二者量级相当，说明在短时、超短时数值模式中，必须同时考虑二者的作用。     

气象卫星遥感反演大气和地表参数的前沿问题

根据地球科学热点问题确定前沿问题观点，对卫星定量遥感理论和反演方法存在的几大难题作了质的分析，并指出解决难点之道；同时提出若干前沿问题，特别是指出进一步发展遥感反演内在相互联系的八大基本点。     

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。     

中巴地球资源卫星数据反演地表温度产品设计

利用CBERS IRMSS/IRS传感器红外通道数据,基于MODTRAN4和查找表算法,根据地表数字高程和全球/区域一体化数值预报模式,建立相应高度和气象条件下温度反演配套系数,利用CBERS可见/近红外通道和地表比辐射率数据库最终生成地表温度/地表发射率产品.最后介绍了温度产品的验证工作,并对温度反演中存在的参数敏感性和不确定性问题进行了分析.     

基于MODIS数据的乌昌地区地表温度反演

陆地表面温度是监测地球资源环境变化的重要指标之一,对于区域干旱预报、作物产量估算、数值天气预报等的研究都有重要意义。本文阐述了MODIS资料反演地表温度的原理,建立了基于MODIS资料、地理信息数据和地面气象站观测资料反演地表温度的统计模型。     

Estimation of Land Surface Temperature over the Tibetan Plateau Using AVHRR and MODIS Data

Estimation of large-scale land surface temperature from satellite images is of great importance for the study of climate change. This is especially true for the most challenging areas, such as the Tibetan Plateau (TP). In this paper, two split window algorithms (SWAs), one for the NOAA’s Advanced Very High Resolu-tion Radiometer (AVHRR), and the other for the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), were applied to retrieve land surface temperature (LST) over the TP simultaneously. AVHRR and M...     

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。     

一个改进的沙尘天气数值预测系统及其模拟试验

在中尺度气象模式最新版本MM5V3.7的基础上,通过与一个起沙模式的耦合,建立了一个新的中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)沙尘天气数值预测系统(IAPS 2.0).该系统与IAP原有的沙尘天气数值预测系统(IAPS 1.0)最主要的差异在于气象模式中陆面过程模式的改进.利用改进前后两个版本的预测系统对2002年4月发生在我国北方地区的两次较强沙尘(暴)过程进行了数值模拟,并与观测实况进行了比较,结果表明改进的系统对沙尘天气的预测能力比改进前的版本有显著的改进,这主要是由于新的陆面模式改善了地表土壤湿度的模拟,进而改进了决定起沙与否的关键因子临界摩擦速度的模拟,从而提高了预测系统对起沙范围和强度的模拟效果.总的说来,采用了更为先进的Noah陆面模式的IAP沙尘(暴)天气数值预测系统对中国北方春季沙尘(暴)天气过程具有更好的模拟能力.     

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.     

利用遥感和常规资料对比研究中国地面温度变化

采用一个在大区域上适用的由NOAA-AVHRR遥感数据反演地表温度的方法,反演中国20世纪80年代初到90年代初各月和全年晴空条件下的地表温度,通过比较同期的常规气象监测数据,对这一时期的中国地表温度变化进行了对比分析,得到全国各地区温度宏观变化规律和分布.结果表明:晴空条件下的中国地表温度与气温和地温的宏观变化规律是基本一致的,这一结果对于研究全球变化对中国的影响以及中国土地覆盖的变化趋势具有重要的指示意义.     

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。     

沙尘暴同一化监测模型与灾害评估研究

阐述了将GIS/RS(地理信息系统/遥感)一体化技术应用在沙尘暴灾害的监测与评估工作中的方法,提出利用不同遥感数据源建立同一化的沙尘暴监测模型的方法,将沙尘暴监测由定性研究转变为定量特征参数计算.引入GIS技术建立了可业务使用的沙尘灾害评估模型,通过对下垫面数据的集成与叠合分析,可以快速、机动、准确、可靠和多层次进行沙尘暴的灾后评估.     

基于MODIS数据的近地表气温估算

气温是各种植物生理、水文、环境等模型中一个非常重要的近地表气象参数,多年来气温数据均以气象站点资料插值得到。近年来,卫星遥感数据被用于气温估算,且精度不断提高。为研究基于MODIS数据的近地表气温估算方法,以浙江省为研究区域,利用33个站点2011年逐日每10 min一次的自动气象站气温观测数据和MODIS地表温度产品及参数因子,建立了MODIS地表温度和地面观测的气温的线性关系,同时通过考虑归一化植被指数、水汽压、地表反照率、高程4个影响因子,得出了卫星过境时刻MODIS地表温度和气温的多因子估算模型;利用Zaksek等提出的基于能量平衡的遥感模型进行了气温估算,并采用多元回归分析法对该模型重新进行了拟合,得到近地表气温。结果表明:三种方法的决定系数R2分别为0.87、0.94、0.90,均方根误差RMSE分别为3.35℃、2.31℃、2.78℃,多因子估算模型得到的结果最好。同时对其分白天和夜间进行检验,二者的RMSE分别为2.27℃、1.93℃,夜间精度比白天高。对于季节的变化,秋季估算结果最好,春季次之,冬季稍差,夏季最差。     

北京市城市化对地表温度时空特征的影响

分别采用常规气象数据和遥感资料,结合城市化发展总体水平不同的三大板块,分析北京市城市化对地表温度时空变化特征的影响。(1)将北京市1978—2006年常规气象站点的陆表温度(Land Surface Temperature,LST)观测资料与三大板块结合,分析城市化对LST年、季、白天、夜间、最大值和最小值的影响。发现1978—2006年期间,北京市三大板块LST均值总体上均呈上升趋势,且大多数情况下,第一板块的第二板块的第三板块的。(2)采用北京市2001年和2006年全年的EOS MODIS MOD 13归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)产品以及MOD11白天/夜间LST产品,分析城市化过程中下垫面变化对LST的影响。总体上,北京市2006年较2001年NDVI减少的比例为51.3%,白天LST升高的比例为73.74%,夜间LST升高的比例高达90.92%。(3)北京市2006年与2001年NDVI的差值以及白天、夜间LST的差值的联合分类结果表明,第一和第二板块均表现出2006年较2001年NDVI减少、白天LST增加的类别所占的百分比最大,分别占54.29%和40.95%,而且均大于其在第三板块中所占的比例34%,而三个板块中NDVI增加、白天LST减少的百分比与NDVI减少、白天LST增加的百分比之和均超过了50%。第一、第二和第三板块中2006年较2001年NDVI减少、夜间LST增加的类别所占百分比分别为51.67%、44.2%和42.46%。这些数据定量地说明了城市化过程中下垫面变化对白天、夜间LST的影响。     

基于EOS/MODIS资料的沙尘遥感监测模型研究

在EOS MODIS资料可见光波段光谱特性的深入分析的基础上，提出了一种完全用MODIS可见光波段监测沙尘信息的技术方法。充分利用MODIS资料可见光范围波段划分细致的特点，构造了不同的光谱特征判别函数作为决策树的分支，最后用决策树法成功地对几次沙尘暴过程进行了沙尘信息遥感监测。结果表明，该方法具有良好的效果和实用性。