热红外遥感技术在江西寻乌地区地热勘查中的应用

热红外遥感是地热资源勘查中的常用技术,对江西寻乌地区的Landsat 8热红外影像采用单窗算法,根据MODIS影像计算大气水汽含量,并逐步获取反演参数,得到地表温度反演结果;利用MOD11_L2地表温度产品对结果进行对比分析,验证反演有效性。通过对已有地热资料和地质构造背景的研究,总结地热形成的有利构造条件,分析地表反演温度与已有地热及断裂构造之间的空间关系,建立地热异常区圈定依据,并剔除假异常,最终在研究区圈定了11个潜在地热异常区,为该区地热勘查提供依据。     

用卫星热红外信息研究关联断层活动的时空变化——以南北地震构造带为例

断层活动不是孤立的,一条断层的活动可能影响其他断层,并引起这些断层的活动,这些相互作用的断层称为关联断层.本文利用卫星热红外信息以南北地震构造带为例,分析了关联断层活动的时空变化,所使用的信息是经过处理的地表亮温残差低频分量TLOW.结果表明,在一定时段内研究区一些断层间除地震活动表现出相互呼应关系外,其地表亮温残差低频分量TLOW曲线相似,相关系数高,说明热红外信息与地震信息共同反映一个地区断层的关联活动.此外,也存在单独由地表亮温残差低频分量TLOW相关表现断层关联活动的情形,即断层间无地震活动的呼应关系,但也存在TLOW曲线的相关性,同样显示关联断层的相互作用.对TLOW的时空过程分析表明,关联活动组合可随时间发生变化.例如,1988～1994年间红河断裂与澜沧-耿马断裂、金沙江断裂等构成关联活动组合,1994～1998年又与小金河断裂、安宁河-小江断裂构成关联活动组合,这样的时空变化过程可能是地壳应力场重新分配的反映.本文的研究结果证明,卫星热红外信息有望成为研究断层相互作用的一个新的独立物理量,并将对地震动力学和构造物理学的发展有重要意义.     

Characterization of volcanic thermal anomalies by means of sub-pixel temperature distribution analysis

The simultaneous solution of the Planck equation (involving the widely used “dual-band” technique) using two shortwave infrared (SWIR) bands allows for an estimate of the fractional area of the hottest part of an active lava flow (f _h) and the background temperature of the cooler crust (T _c). The use of a high spectral and spatial resolution imaging spectrometer with a wide dynamic range of 15 bits (DAIS 7915) in the wavelength range from 0.501 to 12.67 μm resulted in the identification of crustal temperature and fractional areas for an intra-crater hot spot at Mount Etna, Italy. This study indicates the existence of a relationship between these T _c and f _h extracted from DAIS and Landsat TM data. When the dual band equation system is performed on a lava flow, a logarithmic distribution is obtained from a plot of the fractional area of the hottest temperature vs. the temperature of the cooler crust. An entirely different distribution is obtained over active degassing vents, where increases in T _c occur without any increase in f _h. This result indicates that we can use scatter plots of T _c vs. fh to discriminate between different types of volcanic activity, in this case between degassing vents and lava flows, using satellite thermal data.     

RETRIEVING ATMOSPHERIC SOUNDING PROFILES AROUND TYPHOON YUNNA USING INFRARED HYPERSPECTRAL MEASUREMENTS AIRS

In this study,we derived atmospheric profiles of temperature,moisture,and ozone,along with surface emissivity,skin temperature,and surface pressure,from infrared-sounder radiances under clear sky (cloudless) condition.Clouds were detected objectively using the Atmospheric Infrared Sounder under a relatively low spatial resolution and cloud-mask information from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer under a high horizontal resolution;this detection was conducted using space matching.Newton’s nonlinear physical iterative solution technique is applied to the radiative transfer equation (RTE) to retrieve temperature profiles,relative humidity profiles,and surface variables simultaneously.This technique is carried out by using the results of an eigenvector regression retrieval as the background profile and using corresponding iterative forms for the weighting functions of temperature and water-vapor mixing ratio.The iterative forms are obtained by applying the variational principle to the RTE.We also compared the retrievals obtained with different types of observations.The results show that the retrieved atmospheric sounding profile has great superiority over other observations by accuracy and resolution.Retrieved profiles can be used to improve the initial conditions of numerical models and used in areas where conventional observations are sparse,such as plateaus,deserts,and seas.     

高分五号热红外传感器多通道SST反演

2018-05高分五号（GF-5）卫星发射升空,其上搭载的全谱段成像仪在热红外8—13 μm谱段范围内具有4个温度反演通道（B09,B10,B11,B12）,空间分辨率设计优于40 m,在国内民用传感器领域实现了由单通道向多通道、中空间分辨率向高空间分辨率的跨越式突破,使得GF-5卫星热红外数据在地表热环境遥感领域具有极其重要应用价值。本研究基于GF-5的4个热红外通道的通道响应函数,利用全球742条TIGR（Thermodynamic Initial Guess Retrieval）探空廓线数据,进行不同观测角度、水汽含量和海表发射率条件下的MODTRAN4.0（Moderate resolution atmospheric Transmittance and Radiance code4.0)辐射传输过程模拟,基于模拟结果分别对两通道、三通道和四通道劈窗算法海表温度SST（ Sea Surface Temperature）反演系数进行修订,并分析观测角度、水汽含量和海表发射率对不同通道组合的精度影响,并通过GF-5卫星实际反演的SST结果进行验证。GF-5全谱段成像仪SST反演两通道劈窗算法组合共有6种,即B09-B10、B09-B11、B09-B12、B10-B11、B10-B12、B11-B12;三通道劈窗算法组合共有4种,即B09-B10-B11、B09-B10-B12、B09-B11-B12、B10-B11-B12;四通道劈窗算法组合1种,即B09-B10-B11-B12。通过对不同通道组合形式研究发现,水汽含量对SST反演精度有较大的影响,且温度反演的精度随着水汽含量的增加而降低;其次是观测角度,SST反演精度随着观测天顶角的增大而降低;最后是发射率的影响,两通道、三通道和四通道劈窗算法SST反演精度随着发射率的变化总体在0.1 K以内变化。最后以大亚湾核电站周围海域为验证区,用GF-5热红外遥感影像进行SST的反演并做误差分析,结果表明B09-B10通道SST反演实际误差为0.57 K,反演精度较高,实际误差与理论模拟误差相差0.24 K,差异的来源主要包括辐射定标和传感器噪声等要素影响,其他通道形式反演精度有待于传感器响应稳定后进一步验证。     

中、强震前川滇块体遥感红外辐射异常分析——以宁蒗M5.7地震和鲁甸M6.5地震为例

许多研究表明中强地震前出现了红外辐射异常。近年来,川滇块体中、强地震频发,利用遥感数据对其红外辐射异常变化开展深入分析十分必要。结合13年MODIS/Terra遥感红外数据,采用空间距平分析法、辐射增强阈值面积指数法及辐射亮温均值低频时间序列法,对2004年4月—2017年6月红外亮温数据进行深入分析,研究川滇块体及周边构造断裂M≥5.5地震的震前异常信息。结果表明:(1)M≥6.0地震在震前3～6个月川滇块体会出现较为明显的红外辐射增强异常现象;(2)震前红外异常并非随机分布,而可能是受到相关块体的控制;(3)以宁蒗M5.7地震和鲁甸M6.5地震为例研究发现,震前辐射增强较高的小范围区域与震中位置存在一定关联。     

基于晴空阈值法的全天空红外图像云量计算

为提高新疆戈壁地区云的自动化观测水平,基于全天空红外成像仪(WSIRCMS)获取的红外辐射图像,利用辐射传输模式SBDART分析了仪器测量波段对有云无云状况的敏感性并构建了拟合方程,同时利用典型季节的晴空辐射样本拟合了晴空曲线并统计形成了晴空阈值,最后利用统计晴空阈值对全天空红外辐射图像进行云像素识别和总云量计算。将不同季节总云量计算结果同人工观测结果对比验证表明：观测时段算法计算总云量和人工观测总云量差值在±2成以下的概率均在80%以上,说明该方法具有较高的准确度和较强的实用性,在观测业务中具有较好的应用前景。     

利用AMTIS数据反演植被和土壤温度

遥感陆面温度 (LST)是目前遥感界面临的重要课题 ,组分温度反演则为LST反演的主攻目标。如果混合像元组分间的温度及发射率存在明显差别 ,就可以从多角度热辐射亮度变化中分离出组分温度的信息。在热辐射矩阵模型的基础上 ,讨论了确定可反演参数和反演组分温度的方法 ,并以AMTIS多角度热红外图像为数据源 ,在进行几何和大气纠正后 ,尝试利用矩阵反演方法分解混合像元中的植被和土壤温度。误差分析表明土壤温度反演结果较好 ,但植被温度的反演精度不高