复杂地表地表温度反演研究进展

地表温度是陆表过程研究的关键参数,卫星反演地表温度是获取区域及全球尺度辐射平衡、能量收支研究中地表温度参数的有效手段.目前,在平坦地表覆盖均一区域,基于热红外和微波遥感反演的地表温度已经被验证具有较好精度,尤其热红外遥感地表温度产品精度可达1 K以内.但是针对复杂地表的温度反演研究仍面临较大挑战.系统总结了复杂地形区地...     

基于TES算法的地表温度反演应用研究

温度比辐射率分离算法（TES）是针对高光谱分辨率的热红外测量数据,利用地物热红外光谱的一些共性特点作为先验知识或者约束条件,从一次观测中同时反演温度和光谱发射率的方法。利用这类方法反演地表温度时主要需要较多的光谱波段和较高的信噪此。本研究以长白山火山区为例,首次将温度比辐射率分离算法应用于该区的地表温度反演,通过NEM,RAT和MMD这三种TES方法的迭代逼近,基于ASTEPR多波段热红外数据反演了长白山地区的地表温度。反演结果显示：望天鹅火山区为低地表温度集中分布区;而长白山火山区却表现为高海拔低温背景下的高地表温度集中分布,经过对地表覆盖状况的实地调查发现,该区裸露的大量浮岩是引起这种地表温度异常的主要原因之一。     

青藏高原地表温度时空变化分析

使用MODIS地表温度(LST)产品对青藏高原地表温度的空间分布和年际变化进行分析。通过一种融合时空信息的方法对LST缺失像元进行重建恢复,重建后有效像元比例达到97%以上。用正弦和线性分段函数法将4个瞬时时刻的LST观测值拟合为日平均LST,经地面0cm土壤温度观测数据验证,拟合后的均方根误差(RMSE)在1K以内。建立以年为周期的余弦函数模型,刻画了LST在一年内的季节波动,并得到LST的年平均值、振幅和峰值日期3个参数。分析了各参数在空间上的分布和多年的变化趋势。结果显示:LST年平均值与海拔高度、纬度和下垫面类型相关性较大;年内振幅从青藏高原东南部到西北部呈升高趋势;水体的峰值日期相比其他地物类型有明显的延迟。多年变化斜率分析显示,整个青藏高原的年平均LST以每年0.015K的速度升高,振幅以每年0.076K的速度增长,反映出受气候变化的影响,极端气候出现的概率明显增大,而峰值日期有所提前。     

基于Matlab的地表温度反演可视化系统

陆地表面温度(LST)是区域和全球尺度上陆地表面物理过程的一个关键参数,它综合了地表和大气相互作用以及能量交换的结果,研究地表温度对全球能量平衡的研究有着重要的意义.在项目已采用的昼/夜法和遗传算法基础上,利用Matlab强大的科学运算能力和高质量的图形用户界面设计能力,设计开发了地表温度反演可视化系统.系统主要由文件、反演地表温度、反演地表组分温度和帮助四大功能模块组成,实现了大气校正、温度反演和图像显示的一体化,提高了单纯利用文件读取进行温度反演的效率和可视化程度.最后选取温带半干旱地区的河北省怀来县Terra、Aqua卫星上的MODIS数据为例,通过系统完成了温度反演的全过程,验证了反演系统的可行性.     

MODIS数据地表温度反演劈窗算法比较

针对MODIS数据,分析比较了QIN和Wan-Dozier两种劈窗算法地表温度(LST)反演精度和误差分布。首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合TIGR大气廓线数据,评价两种算法绝对精度,然后基于误差传递理论分析评价二者的总精度,最后对两种算法的LST反演结果进行比较。研究表明针对所有廓线数据,两种算法绝对精度相差不大,但Wan-Dozier算法绝对精度受地表温度和水汽含量变化的影响程度要大于QIN算法;两种算法总精度相差不大,且主要误差源均为算法绝对精度和地表比辐射率精度,QIN算法反演结果对地表比辐射率的敏感性要略高于Wan-Dozier算法;两种算法得到研究区LST分布情况基本一致,均可表现空间LST分布差异,其中水体和裸土的LST反演结果差异较大,城镇和植被平均温度差异在0.5 K以内。     

一种ASTER数据地表温度反演的劈窗算法

利用Planck函数分别计算ASTER13、14 两个波段温度在253~333 K范围内的辐射强度,建立两者之间的散点图,回归分析得到它们的指数关系式,应用于ASTER数据地表温度反演的劈窗算法推导。在大气参数的估计上采用三次多项式拟合大气透过率与大气水汽含量的关系以提高拟合精度。最后采用模拟数据法进行算法验证并对参数的敏感性进行分析,结果表明：该算法精度较高,对各种不同的地面温度和大气水汽含量情况进行反演的误差均在1 K以内,且对大气水汽含量和大气透过率的微小变化都不敏感。     

基于被动微波的地表温度反演研究综述

热红外遥感反演地表温度已取得丰硕的成果,某些反演算法精度可达到1 K以内。然而在非晴空条件下,热红外遥感的应用受到很大限制,甚至无能为力。而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,具有全天候、多极化及高时间分辨率等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性。被动微波反演地表温度已经成为被动微波遥感技术应用研究的主要问题之一。系统阐述了微波热辐射机理、地表温度反演模型、反演算法及应用现状,分析了目前被动微波地表温度反演研究中存在的主要问题与技术难点,为后续相关研究提供参考。     

青藏高原地表微波比辐射率的反演与分析

利用Aqua卫星上同时搭载的AMSR-E和MODIS提供同步观测的微波和红外资料,反演青藏高原地区陆面微波比辐射率。结合MODIS反演的地表类型资料,分析该地区陆地微波比辐射率随地表类型、微波频率、不同时间尺度的变化特征。结果表明：该地区主要的3种地表类型中,草地比辐射率普遍高于裸地和灌木丛,并且后两者比辐射率的量值和...     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

一个从MODIS数据同时反演地表温度和发射率的神经网络算法

MODIS的三个热红外波段29、31、32建立了三个辐射传输方程,这三个方程包含了5个未知数(大气平均作用温度、地表温度和三个波段的发射率)。用JPL提供的大约160种地物的波谱数据对MODIS三个波段(29/31/32)发射率之间的关系和用MODTRAN4对大气透过率和大气水汽含量之间关系进行模拟分析。分析结果表明地球物理参数之间存在着大量的潜在信息。由于潜在的信息难以严格地用数学表达式来描述,因此神经网络是非常适合被用来解这种病态反演问题。利用辐射传输模型(RM)和神经网络(NN)反演分析表明神经网络能够被用来精确地同时从MODIS数据中反演地表温度和发射率。地表温度的平均反演误差在0.4°C以下;波段29/31/32发射率平均反演误差都在0.008以下。     

青藏高原冻土温度64通道监测系统设计

为了服务青藏高原铁路建设需要,本文在分析青藏高原冻土水热物理特性基础上,研究了冻土测试专用热敏电阻的非线性特性,通过实验逐点测试传感器温度值并进行分段拟合,得到热敏电阻的阻温关系曲线。结合青藏高原恶劣自然环境,设计了一种适应于青藏高原不同深度冻土温度监测系统。引入四线制方法,巧妙地设计了64通道温度监测电路,实现了不同深度冻土温度监测功能。根据测试精度要求,提出一种温度校正方法,解决了热敏电阻测量不稳定,信号畸变等问题。经过系统性能分析与实验室测试,结果表明系统能够满足不同深度冻土温度监测精度要求,功耗较低,具有良好的工作性能。     

一种基于ASTER数据的陆面温度反演方法

陆面温度是地表物体热红外辐射的综合定量形式,是地表热量平衡的结果。陆面温度作为一个重要的基本参数已广泛用于相关模型的计算及生态环境等领域的研究。ASTER数据具有较高的空间分辨率与光谱分辨率,可提供比陆地卫星、NOAA/AVHRR等常见卫星数据更丰富的地表信息,有助于提高陆面温度的反演精度。根据温度/比辐射率分离(TES)的思想,基于ASTER热红外数据的特性,获取了一种反演陆面温度的方法,并以长白山为例进行了试验。结果表明,所用的方法仅依赖ASTER遥感数据便可快速获取地面温度的空间分布特征,对自然地表可取得比较理想的结果,具有较好的应用前景。     

被动微波雪深反演算法在东北地区的时空分析与验证

Chang算法及改进算法是被动微波遥感雪深反演算法中较简单的经验算法。为了评价改进的Chang算法在东北地区的适用性,对改进的Chang算法进行分析与验证。从空间上,选取了84个野外数据采样点和48个气象站点对改进的Chang算法进行分析与验证。结果表明:森林下垫面改进的Chang算法会低估雪深3.6cm,而农田下垫面改进的Chang算法会高估雪深1.5cm。从时间序列上,选取五营、呼中、庆安和巴彦4个气象站点2012年11月15日~2013年2月28日的时间序列雪深数据,对改进的Chang算法进行分析与验证。结果表明:森林下垫面改进的Chang算法会低估雪深,五营站点低估雪深13.7cm,呼中站点低估雪深8.3cm,农田下垫面改进的Chang算法会高估雪深,庆安站点高估雪深3.4cm,巴彦站点高估雪深0.8cm。无论从空间上还是时间序列上,验证结果都表明,农田下垫面时改进的Chang算法的精度比森林下垫面时要高。此外,站点雪深不变而改进的Chang算法反演的雪深却在增大,这可能是由于期间雪粒径不断增大的缘故。     

利用MODIS数据反演南海南部海表温度及时空变化分析

南海海水表面温度对中国陆地的气候变化具有显著的影响。以南海南部海域为例,首先对MODIS基础数据进行几何校正及影像去云等预处理,利用辐射传输模型MODTRAN计算大气透过率,利用MODIS数据第31和32波段辐射亮度值计算亮度温度,采用劈窗算法反演南海南部海域海表温度,反演结果与产品及实测数据进行回归分析,采取决定系数（R ²）、误差平方和（SSE）及均方根误差（RMSE）进行拟合情况评价。决定系数（R ²）大于0.8,SSE、RMSE较小,其中反演结果与实测数据的SSE为1.025,RMSE为0.158,说明反演精度良好。研究表明:温度具有明显的区域和季节变化特征,秋冬较低,春夏较高,在空间上从离近岸向中心海域方向递减,海盆中心温度低。温度受气候的影响,与厄尔尼诺现象呈正相关,与拉尼娜现象呈负相关。     

Sea Surface Temperature Inversion of the Southern South China Sea from MODIS and Temporal and Spatial Variation Analysis

The sea surface temperature in the southern South China Sea has a significant influence on the climate change of China land. In the paper, on the basis of the geometric correction and cloud removal of MODIS basic data in the southern South China Sea, the atmospheric transmittance was calculated by MODTRAN Model, and the brightness temperature was calculated by the radiance intensity of the MODIS 31, 32 channels. The split-window algorithm was used to retrieve the sea surface temperature in the southern South China Sea. Finally, the accuracy was evaluated byR ², SSE, RMSE and the regression analysis between retrieved temperature and the products temperature or ground measured temperature.R ² is lager than 0.8. SSE and RMSE are all smaller. The inversion accuracy is good. The research showed the distinct seasonal variation of lower temperature in autumn and winter and higher temperature in spring and summer. The research still showed the fundamental variation of temperature with declines from the near shore to the center of the sea, and lowest temperature over the deep basin. The sea surface temperature was affected by variations of weather. The sea surface temperature was positively correlated with El Ni?o, and was negatively correlated with La Ni?a.     

月球表面微波主被动遥感的建模模拟与反演

探测月球和其它外星球是我国空间遥感与深空探测的又一轮新课题。研究地球遥感中星载被动遥感辐射计、主动遥感高分辨率合成孔径雷达等如何应用于月球和其它外星球的探测是一项十分有意义的工作。了解月球表层的月壤与月岩的物质状态及其分布,对于月球资源的科学认识、以及未来月球探测、登月与月球开发,以及其它外星球探测均具有十分重要的意义。先讨论微波被动遥感月球表面辐射的模拟和由微波辐射反演月壤厚度。由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系,构造整个月球表面月壤厚度的试验性分布。根据克莱门汀的紫外可见光光学数据,计算整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出整个月球表面月壤介电常数分布。由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式。在这些条件基础上,建立月尘、月壤、月岩3层微波热辐射模型。由起伏逸散定理,模拟计算月壤低耗散介质层多通道辐射亮度温度。以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按3层模型提出月壤层厚度反演方法。由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度。并以此为已知参数,由穿透深度较大的低频通道的辐射亮度温度反演月壤层厚度,对于反演的相对误差也进行了讨论。在研究微波主动遥感方面,提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议。此时采用一层具有上下随机粗糙界面的有耗 介质层月壤层模型,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体。推导了包含面散射、体散射,以及面体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解。以月壤特征参数(月壤层厚、FeO+TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性。L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构。