基于FTIR和MODIS数据估算新疆沙漠宽波段地表比辐射率

基于FTIR和MODIS数据,建立了新疆沙漠宽波段（8～13.5 μm）地表比辐射率的最优估算模型。首先,利用傅立叶变换热红外光谱仪观测的塔克拉玛干沙漠地表比辐射率光谱数据,结合同期MODIS温度/比辐射率产品MOD11A1的29、31和32波段比辐射率值和MOD09A1的第7波段反射率值,建立宽波段地表比辐射率估算模型,并分别采用观测数据和光谱库数据验证了模型的精度,估算结果的均方根误差分别为0.0041和0.0081。其次,选择最优估算模型,利用MODIS数据,估算了新疆4个沙漠的宽波段地表比辐射率,得到了沙漠地表比辐射率的空间分布特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠和库鲁克库姆沙漠气候干燥稳定,地表比辐射率分布较为均匀,范围为0.850～0.915;古尔班通古特沙漠受到植被和地表水分的影响,比辐射率空间分布不均匀,范围为0.890～0.915;库木塔格沙漠的地表比辐射率分布与其羽状地表类似,范围为0.860～0.910。     

反演地表温度三要素获取途径研究及其应用价值

根据2002年和2004试验中,利用红外辐射计获取的地表辐射温度、方向比辐射率仪获取的地表比辐射率和长波辐射计秋取的大气下行辐射等试验数据,探讨了反演地表温度所需三要素的获取途径;对地表辐射温度的热方向性进行研究,分别建立30°、60°和90°高度角辐射温度观测值与半球积分值的回归方程;在给出几种温度的详细定义之后,计算了考虑及不考虑大气下行辐射和地表比辐射率影响所对应的温度,比较了它们之间的差值,并从理论上分析了造成差值的原因;进一步讨论大气下行辐射、地表比辐射率对地表温度反演结果的影响。     

城市绿地水热通量的遥感反演与实验验证

为了定量评估北京绿色奥运城市绿地建设对生态环境的改善作用,根据北京城市下垫面状况改进了SE-BAL模型地表比辐射率、地表温度参数,应用模型对北京TM遥感图像反演了城市绿地水热通量,并用涡度相关系统地面同步观测数据进行验证,模型反演值与地面观测值基本相符。秋季植被覆盖下垫面显热约为建筑区的78%,为裸土的60%;而潜热约为建筑区的1.24倍,为裸土的1.55倍;林地显热约为草地的97%,潜热为草地的1.12倍。显热随植被覆盖度Pv的增加而降低,而潜热随Pv的增加而增加;在低植被覆盖度(Pv0.6)区域,提高Pv对降低显热、增加潜热的效果比高植被覆盖度(Pv0.6)区域要显著。     

金塔绿洲主要特征量的数值模拟

 采用RAMS模式模拟了金塔绿洲非均匀地表的空气温度、湿度、风速、地表能量。结果表明,绿洲地表温度明显比周围戈壁和沙漠低,空气湿度明显比周围戈壁和沙漠大,近地层感热通量最大值约为戈壁和沙漠的1/3,近底层潜热通量比戈壁和沙漠大20倍左右。模拟结果与观测值的对比表明,RAMS对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度、湿度、感热通量和潜热通量的模拟与实测基本一致。由于湍流的随机性,风速的模拟偏差比较大,这种偏差有一多半是由于非线性偏差造成的。     

热红外遥感技术探测干旱区绿洲-荒漠交错带地下水分布的方法研究

利用遥感的热红外数据探测干旱区绿洲-荒漠交错带地下水地分布主要目的，以Landsat-7 ETM 的第6波段为数据源，结合实地考察获取地下水位、土壤温度和相关辅助资料的基础上，应用遥感-数学相结合的方法，建立了地表温度和地下水的相关方程，制定了反演地下水水位的定量模型。该模型在新疆于田绿洲——荒漠交错带试验结果表明，研究结果符合实际，实地测量值与模型反演值的相关系数为0．893。     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

高光谱热红外数据反演地表温度与比辐射率方法研究

地表温度与地表比辐射率是陆地表层系统的两个重要特征物理量,它们反演的精度将在很大程度上影响间接导出的地表参量的准确性和相关遥感应用的有效性。多光谱热红外反演温度和比辐射率受到陆地表面类型复杂而观测信息不足的限制,很难同时反演出精确的地表温度数值和地表比辐射率数值。高光谱热红外传感器的出现,为更好地解决这一难题带来了机遇。利用高光谱热红外数据的优势和特性,提出了一种基于大气下行辐射残余指标(DRRI)的方法,实现了地表温度与地表比辐射率的准确分离。通过高光谱热红外模拟数据的反演实验表明DRRI方法具有运算速度快、结果精度高、抗噪声干扰能力强等优点。该方法能够应用于野外测量的高光谱热红外数据以及经准确大气校正后的星载高光谱热红外数据。     

干旱区典型绿洲热场分布规律研究——以渭干河-库车河三角洲绿洲为例

 全球气候变暖给整个地球的生态环境带来巨大的影响,在全球气候变暖背景下,绿洲热场的变化严重影响绿洲的生态稳定性,利用遥感卫星影像来监测热场分布规律具有很强的现实意义。采用Landsat7 ETM+热红外波段定量反演晴空状态下干旱区典型绿洲地表真实温度,运用影像叠加分析、直方图比对、缓冲区分析、空间自相关分析及剖面线分析方法,分析其热场分布规律。结果表明,绿洲热场分布具有显著的正的空间自相关特性,Moran’s I值为0.5489,z检验值为48.44,同时呈现出显著的局部空间集聚现象; 就全局而言,热场分布规律为水体温度<耕地温度<林草地温度<城镇温度<裸地温度<盐碱地温度,均温分别为21.65 ℃、27.86 ℃、35.59 ℃、36.52 ℃、40.06 ℃、42.07 ℃; 就局部而言,盐碱地温度低于周边裸地温度,盐碱地平均温度比周边300 m、900 m、1 500 m缓冲区裸地的均温分别低0.59 ℃、0.44 ℃、0.26 ℃。水体、城镇、盐碱地、裸地的温度波动较小,热力景观单一,热场分布均匀,而耕地和林草地的温度梯度大,热力景观复杂多样,热场分布极不均匀。绿洲荒漠交错带的面积较大,它可以降低荒漠对绿洲的热力侵蚀,对保护绿洲有重要作用。     

干旱区典型绿洲地表温度与植被覆盖度相关性研究

 绿洲空间热环境的研究是深入了解绿洲-沙漠间,以及绿洲内部物质能量流动机理的重要手段。利用TM/ETM+遥感影像反演了于田地区地表温度以及植被覆盖度,在统计地表温度-植被覆盖度二维散点图的基础上,研究不同结构区域下绿洲地表温度与植被覆盖度的相关关系。结果表明:①于田地区地表温度与植被覆盖度呈显著负相关关系,相关系数在-0.79158和-0.48816范围之间。②从1991年到2002年,于田绿洲内部区域地表温度与植被覆盖度散点图上各点分布由密集到分散,表明原有相对整体的植被覆盖地块被打散,成为多种土地类型交错的破碎化地块。③外部荒漠带及绿洲与荒漠交错带区域地表温度与植被覆盖度散点图上各点分布由分散到集中,表明绿洲外部荒漠化程度的逐年加剧,导致了绿洲外围植被覆盖有所降低,植被物种单一,植被多样性也呈现下降趋势。     

民勤荒漠兽类资源及其区系特征

民勤荒漠地区位于河西走廊的东北部,介于腾格里沙漠与巴丹吉林沙漠之间.境内景观以沙漠、戈壁、绿洲为主.已知境内兽类26种,隶属5目,9科,分布在不同的生态环境中:(1)山地荒漠(2)山前沙砾戈壁(3)沙漠(4)绿洲。     

沙漠下垫面地面温度及能量收支的BATS模式参数化改进

利用陆面过程模式BATS,引入地表发射率及两种大气发射率参数化方案,同时引入不同的地表粗糙度参数化方案,对比各种参数化方案对沙漠下垫面地面温度及能量收支的模拟状况。结果表明：采用Van Bavel等发展的地表发射率及Chung等发展的大气发射率方案可以明显改进地面温度及向上长波辐射的模拟,Chung等方案在夜间与正午的模拟效果更好,减小了1 ℃左右的地面温度模拟偏差,减小了10 W·m^-2左右的向上长波辐射模拟偏差。晴天地面温度及向上长波辐射的模拟结果优于阴天。利用Zhang等发展的裸土粗糙度参数化方案也会提高模式对地表感热通量模拟的准确性。     

基于Landsat数据的2种地表温度空间降尺度算法比较研究

以2003年5月29日福州市LandsmETM＋影像为数据源,对2种地表温度空间降尺度算法——EM算法和HUTS算法进行实验、比较与分析,EM算法是利用高空间分辨率的地表比辐射率对低空间分辨率的亮度温度影像进行调节,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的;HUTS算法则是引入了归一化差异植被指数NDVI和地表反照率d,通过在低空间分辨率拟合二者与地表温度LST之间的关系,然后根据其尺度不变性,将该关系应用到高空间分辨率的影像上,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的．研究结果表明：1）2种算法所得结果影像都能在有效提高空间分辨率的同时较好地保持了原始地表温度影像的空间分布特征,达到了较好的降尺度效果;2）以RMSE为定量评价指标,HUTS算法要略优于EM算法,其中,EM算法的RMSE为1．2494,而HUTS算法仅为0．9869．     

利用ASTER遥感数据反演陆面温度的算法及应用研究

陆面温度是地气交换过程的一个重要参数,在生态环境研究中应用很广。传统方法只能进行点上的观测和计算,遥感的出现则使得计算区域陆面温度成为可能。ASTER遥感数据具有较高的空间分辨率和光谱分辨率,能够提供比NOAA/AVHRR和Landsat等遥感数据更丰富的陆面信息,有助于提高反演陆面温度的精度。本文以新疆自治区阿瓦提县典型研究区域为例,根据ASTER遥感数据的特点,基于温度/比辐射率分离算法的思想,运用ADE(AlphaDerivedEmissivity)、比值法和MMD(Maximum-MinimumDiffer-ence)三个模块计算陆面温度,并简要分析了模型的主要误差来源。分析结果表明本文所采用的算法是可行的,ASTER遥感数据用于反演陆面温度可以取得比较理想的结果,具有良好的应用前景。     

近10 年我国地表比辐射率的时空变化

基于Terra-MODIS L3 级产品MOD11C3,得到2001-2010 年10 年我国地表比辐射率时空数据集。结果表明,我国地表比辐射率最小的区域是西北沙漠地带,该区域比辐射率一年四季变化不大、分布范围固定。东北地区和北疆地区、青藏高原地区、长江中下游和华东华南地区等区域比辐射率变化明显。冬季,东北地区、北疆地区地表比辐射率比较大。青藏高原地区11 月-次年3 月维持在一个中低比辐射率水平,其他月份比辐射率则呈现增大趋势。长江中下游、华东、华南和四川盆地地区的比辐射率7-10 月减小,其中8 月份面积达到最大。低比辐射率区(0.6163~0.9638)、中低比辐射率区(0.9639~0.9709)、中比辐射率区(0.9710~0.9724)所占面积都不大,分别维持在20%、10%、20%左右;中高比辐射率区(0.9725~0.9738) 所占范围最大,达到我国陆地面积的40%~50%,且变化十分明显,表现出明显的波峰、波谷变化,春季和秋季是波峰、夏季和冬季是波谷;高比辐射率区(0.9739~0.9999) 面积变化也很明显,冬季是一个明显的波峰,面积可达10%,而其他季节则维持在1%、2%以下。我国地表比辐射率时空分布与温度之间呈现一定的相关关系,比辐射率越高、气温越低。     

基于FSDAF模型的干旱区典型绿洲城市夏季地表热岛效应时空演变研究

全球城市化进程加快引起的干旱区绿洲城市热岛效应变化及其生态环境问题已成为当前国内外城市气候、环境和生态等领域的研究热点之一.基于遥感热红外通道反演的地表温度(Land surface temperature,LST)是开展城市地表热岛(Surface urban heat island,SUHI)效应监测研究的关键参数...     

喀斯特城市植被覆盖度时空变化对地表温度的影响

随着桂林喀斯特城市的快速扩展、地表植被覆盖度的变化,城市热岛现象越来越明显。以桂林1989-2006年5景TM/ETM遥感图像为数据源,利用遥感归一化植被指数反演植被覆盖度Pv,利用Qin单窗算法反演地表温度ts,分析Pv空间和时间变化对ts的影响。结果表明,在空间上ts随Pv的提高而降低,呈明显负相关关系。在时间上Pv<0.2面积比例逐年增加,1989年7.8%、1991年15.2%、2000年20.7%、2005年21.1%、2006年22.7%;而Pv≥0.7面积比例逐年减少,1989年49.2%、1991年27.4%、2000年27%、2005年16.5%、2006年11.1%。其导致地表温度高于茂密林地表面温度的比率z>20%的高温像元比例逐年上升;而z≤10%的低温像元比例逐年下降,1989年28.9%、1991年25.4%、2000年23.7%、2005年22.2%、2006年20.4%。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的凉岛现象,从而调节喀斯特城市气候环境。     

水汽吸收和下垫面发射率对晴空大气红外窗区遥感影响的综合分析

从数学上探讨了晴空大气红外窗区通道遥感陆面特性水汽吸收和陆面发射率的综合影响。首先,基于辐射传输方程推导出大气水汽含量和陆面发射率(ε)引起红外窗区通道遥感陆面亮温(Tg)变化的数学表达式,指出红外辐射在传输过程中水汽吸收衰减的影响主要是引起大气透过率的变化;分析了在高温高湿和低温干燥等不同地区,红外窗区通道的大气透过率所受到的不同程度的衰减,以及水汽吸收衰减和陆面发射率对不同的红外窗区通道的影响。此外,还建立了一个红外窗区通道遥感陆面温度与地面亮温差ΔT=(Ts-Tg,imax)与水汽含量变化Δq和陆面发射率ε的二元多项式拟合方程,进一步分析大气水汽含量和陆面发射率对不同的红外窗区通道遥感的影响;指出红外短波窗区通道不但受太阳辐射污染严重,而且受陆面发射率变化的影响激烈,特别是在寒冷干燥的亚北极冬季。最后强调,为了精确地反演陆面温度,最好采用热红外窗区通道;必须考虑大气订正,特别是在高温高湿区;同时应该考虑陆面发射率等因子的作用。     

NPP-VIIRS热红外数据地表温度反演方法研究

地表温度作为监测陆地表面与大气变化的重要参数,对于研究地表能量平衡和全球气候变化具有重要作用。可见光红外成像辐射仪套件（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite,VIIRS）是搭载在新一代对地观测卫星NPP上的一个重要传感器。与其他传感器相比,VIIRS拥有更高的空间分辨率。分裂窗算法是反演地表温度最常用的方法,主要是利用两个热红外通道来反演地表温度,经过多年的研究和改进,发展了多种形式的分裂窗算法。由于过去很少有人利用VIIRS数据对多种分裂窗算法进行对比分析,因此利用VIIRS传感器上M15和M16两个热红外通道数据计算辐亮度和星上亮温,采用多种形式的分裂窗算法反演获得多组地表温度数据,再利用海拉尔野外观测站点的实测数据对结果进行验证,对比各算法精度,得到反演精度较高的算法。结果显示PR84算法的反演误差最大达到1.8 K,其余各算法反演地表温度的RMSE都在1.5 K以内,算法中加入二次项和水汽项可以提高算法精度,其中BL95的算法精度最高达到了1.23 K。研究结果表明,BL95算法更适用于VIIRS热红外数据地表温度反演。     

基于Google Earth和MODIS陆地数据的农林地转换对地表温度的影响——以长江中下游及毗邻地区为例

揭示耕地与林地转换对地表温度的影响对于认识人类活动的气候与环境效应具有重要意义。基于卫星遥感数据的统计分析是揭示土地利用/覆盖变化对地表温度影响的重要手段。但是,在景观破碎度较高地区,混合像元问题成为使用这一技术手段的主要限制性因素,中国南方长江流域尤为典型。为突破这一限制,论文基于Google Earth高清影像,在1 km尺度上辨识了200对耕地与林地纯像元,进而利用MODIS陆地数据产品,对比分析了耕地与林地的地表温度(LST)、叶面积指数(LAI)、地表反照率(Albedo)之差。结果表明：耕地的LST高于林地,白天和夜间温度分别约偏高2.75 ℃和1.15 ℃,并且温差因季节而异,白昼温差呈双峰(分别是5月和10月,温差约3.18 ℃和3.33 ℃),夜间温差为单峰(7月,约2.46 ℃)。同时,温差因地而异,总体表现为西高东低,陕甘交界处的白昼温差最大,年平均约为3.83 ℃;安徽中南部温差最小,约为1.1 ℃。耕地与林地的LST之差主要由蒸散发的差异所致。林地的LAI较大,蒸散发较强,地表向大气的潜热通量较大,用于直接加热地表的感热相对偏少,因而LST相对偏低。上述结果表明近年来长江流域及毗邻地区的耕地转为林地通过增加蒸发产生了一定的致冷效应。