更精准地为地球测“体温”——记中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员李召良

正遥感科学本身就带有交叉学科的胎记,要做研究本非易事,而地表温度热红外遥感反演作为遥感地学分析的一个重要研究领域,其研究难度更是剧增。地表温度可以形象地理解为地球的"皮肤"温度。要获知全球的地表温度,一般通过卫星获取地面的辐射能量进而用物理的方法反演。如果要更精准地为地球测"体温",研究者就需要针对不同的气候条件、地表形态甚至观测时间、观测角度等展开系列研究,这些难题就像一道道关卡横在相关     

基于泛克里金插值法的Landsat8热红外数据的高空间分辨率地表温度反演

地表温度(land surface temperature, LST)地表物理状态过程中的一个重要参数,目前反演高精度地表温度是一个重要的研究目标。本文根据热辐射传输方程,利用空间分辨率30m Landsat8传感器的热红外数据反演地表温度,并利用泛克里金插值法对反演温度的结果进行尺度转换,获取2 m分辨率的地表温度数据。本文以广东省河源市东江林场为例,对2013年10月21日、2014年10月24日及2015年10月27日的Landsat8进行温度反演,对其反演结果进行泛克里金插值,最终获取2 m高空间分辨率的温度数据。本文以广州东江林场2013年10月21日、2014年10月24日和2015年10月27日获取的landsat8为例,为了检验地表温度数据的尺度转换的合理性,本文利用莫兰系数和夏皮洛-威尔逊检验法检验地表温度是否空间自相关性以及是否为正态分布。三帧温度结果的莫兰系数分别是0.96,0.96,0.97,表明该三帧温度数据空间自相关;由夏皮洛-威尔逊检验法获取的p值分别为0.1857,0.09968,0.08534,均大于0.05,温度数据服从正态分布。对2015年泛克里金插值前后的温度值与实测温度进行比较,平均误差系数减少了5.63%。由此可见,本文利用泛克里金法插值法对Landsat8反演的温度进行尺度转换后获得的结果更为合理。     

青藏高原MODIS地表反照率与地面观测结果的比较

应用2005-2006年西大滩、五道梁和唐古拉站的太阳短波(0.3~5μm)辐射观测资料处理得到的16 d平均地表反照率,与MODIS地表反照率产品MCD43B3进行对比分析,结果表明:MODIS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的总体变化趋势基本一致,积雪是导致两种数据结果绝对偏差较大的原因。受地面观测和MODIS反演观测空间尺度的影响,考虑MODIS反演结果或地面观测结果低于0.4时,MODIS黑空反照率和白空反照率的全反演结果、当量反演结果与地面观测结果的均方根差会相应减小。总体而言,全反演结果的精度高于当量反演结果。     

基于Landsat ETM+影像的福州市地表温度反演研究

以福州市为研究区,采用单窗算法,对Landsat ETM＋第6波段的遥感数据,进行地表温度反演,得到地表温度分布图,分析了地表温度分布规律,并提出减轻热岛效应措施。结果表明：福州市城市热岛效应显著,单窗算法可以较好的反映城市热场的空间分布,地表温度与归一化植被指数（NDVI）有良好的负相关关系,与地面下垫面密切相关。     

基于辐射传导方程的三峡库区腹地地表温度的遥感反演

利用Landsat-5 TM影像,采用辐射传导方程对三峡库区腹地的地表温度进行了反演。在辐射传导方程中,对于地表比辐射率的估算,考虑到库区腹地复杂的地形和地表覆被类型的多样性,采用结合地形、水、建筑和自然表面等因素作用的经验公式进行。结果表明:①地表温度随海拔的升高呈降低趋势,其空间展布与山脉走向一致;②不同的地表覆被格局下,近地面水热交换差异较大,地表温度作为其中重要的参数也展现出显著的异质性,呈现建筑＞自然表面＞水体的基本格局。在相同海拔高度下,地表温度的高低主要取决于地表覆被的类型及其转换;③同一覆被类型间在不同海拔下的地表温度间的变化幅度因覆被类型的不同而差异显著,但随海拔的升高而降低具有显著的垂直变化规律;④验证点反演出的地表温度均是介于最低与最高气温之间的,与植被覆盖度较高区域的地表温度和气温间的关系非常接近。奉节和万县的地表温度反演值均显著高于相应站点同日平均气温,尤其是万县站高出值达7.46 ℃,主要源于站点位于城区内部,地表覆被中建筑所占比重较大,使得反演值明显高于日平均气温。地表温度的遥感反演值符合地表水热关系和垂直温度梯度规律。     

基于卫星遥感技术的城市地表温度反演研究

随着我国空间规划的开展,需要能够掌握城市各地块的人类聚居和工业发展等指数,其中城市地表温度是衡量城市各地人类居住和发展状况一个有效的参考.传统的手段统计分析地表低温宏观性差,且时效性不佳,因此需要一种能够快速分析城市地表气温方法.研究以典型的南方城市——南宁市为例,利用Landsat8的多波段卫星遥感数据,通过热红外辐...     

地表遥感蒸散发模型研究进展

蒸散发(Evapotranspiration,ET)包括植被蒸腾与土壤蒸发,是地表能量平衡与水量平衡的重要组成部分,也是陆面过程研究的关键参数。卫星遥感技术的兴起,使获取大尺度非均匀下垫面的地表特征参数成为可能,一系列旨在精确估算地表实际蒸散量的遥感模型由此应运而生,以满足局地、区域乃至全球尺度蒸散发估算的需求。通过分析净辐射通量和地表与近地面大气层湍流热通量交换的方式,将遥感蒸散发模型分为单层模型和双层模型,总结其模型原理,讨论典型模型的优缺点及适用条件,分析蒸散发反演存在的遥感模型精度的图像范围依赖性和分辨率依赖性、时间尺度扩展及不确定性、模型验证以及地表辐射温度和阻抗5个问题。指出今后应加强地表温度反演精度、时间尺度扩展、有云日地表蒸散发、地面观测等方面的研究。     

考虑土壤水分影响的比辐射率方法在地表温度反演中的应用

地表比辐射率是确定地表长波能量平衡的一个关键参数,也是影响地表温度反演的主要因素,因此比辐射率的精确测定具有重要意义。地表比辐射率除了受地表覆盖类型的影响,与土壤水分含量也密切相关。本文针对MODIS通用分裂窗算法和Landsat TM/ETM+单窗算法,根据Mira等建立的土壤含水量和土壤比辐射率的经验模型,利用SMEX04试验中Arizona研究区的遥感数据和地面观测数据,探讨考虑土壤水分影响后的比辐射率信息在地表温度反演中是否能够提高其反演精度。研究结果表明:利用考虑土壤水分影响后的比辐射率所反演的地表温度平均误差(ME)和均方根误差(RMSE)均低于比辐射率未考虑土壤水分影响反演的地表温度,其中通用分裂窗算法反演的地表温度ME降低了1.0~1.5K,RMSE降低了0.4~0.8K;单窗算法反演的地表温度ME降低了0.7K,RMSE降低了0.9K。因此,基于土壤比辐射率与土壤水分关系模型的比辐射率修正方法能够提高地表温度的反演精度,并且敏感性分析的结果表明目前土壤水分遥感数据0.04cm~3 /cm~3 的误差对本文使用的考虑土壤水分获取地表比辐射率进而反演地表温度的方法影响不明显。     

基于叶面积指数的肇东市玉米长势遥感监测研究

在作物生长期内,根据卫星过境时间,野外同步实测作物地上生物量,叶面积指数(LAI)等作物长势关键参数.通过卫星接收的环境卫星遥感数据,反演作物的NDVI.然后,根据获取数据,建立地面实测数据LAI与NDVI经验模型;建立地面实测LAI与卫星遥感数据反演植被指数,根据作物类型数据,行政区划数据等,对研究区进行玉米作物分类,实现基于环境卫星数据的玉米长势监测,并根据野外实测数据,对监测结果进行精度评价.     

运用表观热惯量遥感地表蒸散——以河北省易县崇陵流域为例

现有遥感地表蒸散的方法是基于地表热量平衡方程,先求出地表净辐射通量、土壤热通量和显热通量,再用余项法求出潜热通量。地表净辐射通量和显热通量的计算需空气温度、风速和地表粗糙度等非遥感参数,并且涉及到空间插值问题,由此增加了估算的复杂性并降低了估算的精度。引入反映地物固有热特性的物理参数一表现热惯量,结合地表辐射温度,充分利用遥感较易获取的这两个参数来估算地表蒸散,可弥补上述不足。利用河北省易县崇陵流域卫星过境同步观测的地面资料,以2007年5月28日过境的LANDSAT／TM作为数据源,尝试利用表现热惯量来遥感地表蒸散的新途径。首先根据像元表现热惯量和地表辐射温度等遥感参数反演出像元的大气下行辐射,进而估算出地表净辐射通量;其次,利用表现热惯量估算出波文比,再根据波文比时地表净辐射通量进行切割,然后代入地表热量平衡方程中,直接估算出地表潜热通量;最后,计算出崇陵流域日地表蒸散量,并获取其空间分布图。这种方法避开了估算显热通量的中闻环节,可操作性更强。     

长春地区地表温度反演研究——基于landsat8卫星

2013年2月11日,Landsat8卫星成功发射升空,遥感数据有了新的来源。本文分析了现今最适合Landsat8 TIRS传感器特性的单窗算法,并利用现有长春市2015年Landsat8卫星遥感数据对长春市地表温度进行实例反演,分析了长春及周边地区的地表温度及植被分布特征,并以此为根据为长春日后的城市建设提供个人建议。     

库尔勒市地表温度反演

地表温度(LST)是地表自然生态环境的一个重要指标,是水平衡和地面能量平衡中的重要参数。本次研究采用库尔勒市Landsat8第10波段数据,利用单窗算法反演该地区2017年8月7日的地表温度。得到库尔勒市该日最高温度为56.21℃,平均温度为38.61℃。     

运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料，建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T₀的关系式，利用北京21个常规气象站观测资料，以及2004年5景TM图像，建立热惯量与大气水汽压的经验关系式，将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中，率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值，对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明：利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量，比利用单一大气下行辐射值来估算，精度提高了9.5％。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的，而且有应用前景。     

基于Landsat8数据的沈阳市地表温度反演研究

本文以中国北方典型的重工业城市沈阳市为研究区。选取2016年8月28日Landsat8卫星遥感影像数据,通过影像数据预处理后采用大气校正算法反演地表温度。分析沈阳市地表温度分布特征。并且分析沈阳市热岛强度分布的特征。结果表明:沈阳市全区热岛效应并不明显,以绿岛为主,但沈阳市内五区热岛效应明显,80%的区域受到城市热岛效应的影响,地表温度明显高于其他区域。热岛强度由市内五区向郊县逐渐降低;沈阳市地表温度与NDVI呈负相关,与NDBI、NDBSI呈正相关。     

红外辐射计遥测地表温度空间变异特征

利用航空、航天平台热红外模拟遥感器——红外辐射计观测的资料对非均匀下垫面地表温度空间变异性进行分析，结果表明下垫面不均匀性越强，地表温度的空间变化曲线波动就越大，说明目前用一个点的地表温度观测值来表示一个遥感空间分辨率像元的地表温度值是不合理的。红外辐射计是对遥感反演地表温度的精度进行验证的手段之一，其特点是视场角小(6°)。通过对小视场红外辐射计获取的地表温度采用简单的算术平均来代表整个像元的总体温度，与Landsat/TM数据源反演的像元地表温度进行对比，结果表明两者之间有一定的差异。造成这种差异的主要原因是遥感数据源获取的红外辐射强度是一个像元中所有地物辐射的综合结果，不是像元内所有地物各自辐射能量的简单算术平均。本文的创新之处在于是野外观测和试验数据入手，深入分析数据，所得到的结论可以为其他从事相关工作的人员提供很好的参考与借鉴。     

红沙核电站周边区域地表热环境反演研究

以广西壮族自治区红沙核电站周边区域为研究对象,选取2003年、2014年、2018年三期Landsat系列卫星影像数据,运用单窗算法定量反演红沙核电站周边区域地表热环境时空分布特征。结果表明:从2003-2018年研究区逐渐出现聚集性高温区,整体上热岛效应由沿海向内陆递减;在2018年红沙核电站运作后周边海域、陆域存在明显的升温现象;研究区存在较为明显的热岛效应,主要分布在柳钢防城港钢铁基地、红沙核电站厂、钦州港经济开发区、大西南临港工业园区的部分裸地及建成区等区域;北部湾经济区开发建设过程中对生态环境的破坏加重了地表热环境效益;红树林海岸的修复与保护有效地降低了地表温度。     

湖北省灾害性天气预报预警业务支持系统设计与实现

采用C＋＋builder开发一套灾害性天气预报预警系统。以区域自动站、雷达、卫星资料为基础,采用数据库编程等技术,对降水、气温、风速、变压、变温、回波强度等进行监控,通过弹出窗口文字、声音、短信等多种方式对灾害性天气发出警报,实现全省灾情上报共享及其区域自动站数据快速显示。     

基于Landsat5TM数据反演地表温度的方法研究——以石城县为例

热岛效应对城市生态环境的影响大,不利于生态城市的建设。本文通过获取研究区的Landsat5TM影像为主要数据源,利用热红外波段TM6进行地表温度反演。分析结果表明:研究区地表温度明显比郊区地表温度高,并呈现由中心城区向外地表温度有逐渐降低的趋势。     

气象卫星在地表温度反演及应用方面的综述

阐述了遥感反演地表温度的理论基础,地表温度反演的算法,气象卫星在地表温度反演国内外研究现状,气象卫星地表温度反演的应用、存在问题;展望了气象卫星遥感地表温度反演的发展趋势。     

自动站替换人工观测对历史资料序列影响

利用宽甸基准站2003至2004年地面站自动数据与人工平行观测期间的数据,对自动与人工观测的气温和相对湿度进行了数据差异分析,分析结果为:自动气象观测与人工观测存在一定的差异,但这些差异在允许误差范围之内;同时分析这些差异的原因是多方面造成的,包括观测方法和时间不一致以及仪器本身存在问题等;自动站的气温及相对湿度与历史资料未出现显著性差异。