基于MODIS的湖南省地表温度动态变化研究

陆地表面温度是地表能量平衡中的一个非常重要的参数,它在地表与大气相互作用过程中起着重要的作用。以MODIS数据资料研究湖南省地表温度动态变化规律,旨在为研究湖南省城市热岛效应的影响积累资料,为自然资源监测、保护及其相关领域提供理论数据,为相关部门制定决策提供科学依据。在总结和分析当前常用地表温度反演算法的基础上,采用分裂窗算法来反演地表温度,并利用卫星过境当天地面观测站观测的最高温度对反演结果进行验证。研究表明:在热量分布方面,由西北向东南递增,以武陵山、雪峰山东麓为界将全省分成2个区,东部丰富、西部偏少。温度反演结果与地面实测日最高温度曲线走势基本一致,符合实际情况。     

基于TM影像的城市热岛效应研究——以重庆市为例

根据LandsatTM数据,利用单窗算法对重庆市主城区进行地表温度反演,得出重庆市主城区地表温度场的分布规律,并通过选取样区对地表温度空间分布作了对比分析.结果表明:重庆市城区与近郊温差为4.75℃,城区与郊区温差达9.88℃,城市热岛效应明显;城市地表温度与土地利用类型紧密相关.研究成果对于改善城市生态环境、加强科学规划有重要的参考价值.     

L波段主被动微波协同反演裸土土壤水分

土壤水分是进行干旱监测、土壤侵蚀、农作物产量预测以及地表温度研究的重要参量,利用主被动微波协同的方法提高土壤水分的反演精度是定量遥感发展所面临的重要任务。本文基于土壤L波段微波散射辐射模拟数据集,通过对比分析主被动微波数据对土壤水分含量和粗糙度2个参数的敏感性,提出了基于L波段主被动协同的裸土土壤水分反演算法,算法充分利用了被动微波地表发射率对土壤水分较为敏感,而主动微波后向散射系数对地表粗糙度较为敏感的特点。首先由地表垂直极化发射率和 VV 极化后向散射系数协同提取地表粗糙度信息,再由被动微波双极化数据结合地表粗糙度信息来估算土壤水分信息。利用SMAPVEX12实验数据集中部分稀疏植被采样点的观测数据对算法进行验证,验证结果显示,土壤水分反演结果与地面实测数据相关性为0.6637,RMSE为0.0607 cm3/cm3。该文反演算法模型系数直接由模拟数据集计算得到,克服了常规经验算法的发展对地表实测数据的依赖性,减小了算法在实际应用中的局限性。     

基于MODIS数据的黑河流域地表温度反演研究

基于MODIS数据,运用毛克彪的劈窗算法反演了具有冰雪、冻土地表类型的黑河流域2009年9月23日的地表温度。结果表明：沙漠和戈壁的温度最高,永久积雪/冰川的温度最低,能够客观地反映黑河流域9月下旬白天的气候特点。将反演结果与流域内9个气象站点的实测数据对比分析,得出反演的地面温度与实测的地面温度平均误差为0.82℃,在当前遥感反演地表温度的误差之内。因此,该算法适合大面积的地表温度快速反演。     

冬小麦冠层表面温度裂窗算法的筛选与土壤含水率监测

NOAA气象卫星的两个热红外通道可以用来反演地球表面温度，而地球表面温度可用于监测土壤含水率。该研究于2002年冬小麦主要生育期，应用9种裂窗算法反演了邯郸地区的地表温度，并用这一时期冬小麦地面观测的冠层表面温度进行验证，结果表明：9种方法中，UL92法比较适合邯郸平原区地表温度的反演，平均误差为-0.27℃，标准误差为2.66℃；并建议：对于山区和丘陵地带，如能使裂窗算法结合数字高程模型(DEM)，也能使山区和丘陵地带的地表温度反演精度提高，最后以地面试验基础上所建立的冬小麦地表温度与土壤含水率间的回归拟合经验方程为基础，用UL92法反演的地表温度监测不同土层的土壤含水率，这是一种利用热红外遥感监测区域剖面土壤含水率的新方法的尝试，证明地面基础试验所建立的经验方程与遥感数据结合能监测区域土壤剖面的土壤含水率。     

新疆焉耆盆地地表温度时空分布对LUCC的响应

为了辨析地表温度时空分布及其变化对土地利用/土地覆盖变化(land use/cover change,LUCC)的响应,以新疆焉耆盆地为研究区,将Landsat遥感影像数据、气象要素的观测数据和野外采样数据相结合,利用单窗算法和单通道算法反演研究区2000、2009、2011和2015年的地表温度,分析焉耆盆地地表温度时空分布特征,研究LUCC对地表温度的影响。结果表明:1)研究区温度时空分布图主要划分为低温区、中温区和高温区。从时空分布变化上来看,2000年高温区范围减少幅度最大、2009年次之、2015年最小;2009年低温区范围减少幅度最大、2000年次之、2015年最小;2)研究区地表温度的分布具有明显的空间差异性,高温区主要分布在沙漠区和山区与盆地之间的戈壁滩,具有明显的以博斯腾湖为中心的环状分布特点。低温区主要分布在水域、湿地和绿洲等区域;3)在2011年内不同时期不同LUCC的温度变化幅度不一,地表温度在不同下垫面上平均值大小不同,地表温度高低主要表现为沙漠盐碱地裸地小麦-玉米其他作物森林棉花芦苇湿地水域。由结果可知,焉耆盆地近十几年地表温度的时空变化与LUCC有着密切关系,农作物的结构、土地利用类型及其面积变化都会影响地表温度的时空分布。     

裸露地表土壤水分的L波段被动微波最佳角度反演算法

该文阐述了中纬度地区春季裸露耕地土壤水分监测的重要性,对比分析了目前几种主要的土壤水分反演方法。为提高裸露耕地土壤水分的监测精度,在分析AIEM土壤发射率模拟数据库的基础上,提出了一种基于L波段单角度双极化被动微波遥感数据的土壤湿度和土壤粗糙度的反演算法,并对新反演算法的创新性和可行性进行了基于仿真数据的论证。该反演算法以地表温度作为辅助数据,利用L波段47°双极化的微波亮温数据进行土壤湿度和粗糙度的反演。仿真数据的验证结果表明,在充分考虑土壤温度、土壤质地等辅助数据测量误差的条件下,算法对土壤湿度和土壤     

基于GIS的浙江省土地利用/覆盖与地表温度的关系

利用MODIS数据的分裂窗算法,获取了浙江省各地2008年一整年的地表温度数据,综合利用遥感、地理信息系统(GIS)技术,研究了地表温度的时空分布特征、地表温度与不同土地覆盖类型间的关系以及地表温度与归一化差值植被指数(NDVI)的定量关系。结果表明:①地表温度在空间分布的高度异质性,一方面是由区域内海拔高度差异较大造成的,另一方面与下垫面类型有关;②不同土地覆盖类型间地表温度的月季变化趋势基本一致,但各类别间的地表温度高低存在显著差异,年平均地表温度总体表现为建设用地耕地林地水体;③植被对地表温度的影响受下垫面类型的制约,分析夏季NDVI与地表温度的关系可见,林地、耕地和建设用地的NDVI与地表温度呈显著负相关;水体的NDVI与地表温度呈正相关。研究结果可为当地高温热浪、低温冻害等灾害的动态监测提供新的途径,具有重要的应用价值,对政府土地合理规划和利用及防灾减灾具有重要指导意义。     

基于 Modis 数据的滇中地区2008年地表热环境及变化特征研究

以 MODIS 数据资料研究滇中地区地表温度动态变化规律,旨在为研究滇中地区地表热环境的影响积累资料,为自然资源监测、保护及其相关领域提供理论数据,为相关部门制定决策提供科学依据.在总结和分析当前常用地表温度反演算法的基础上,采用分裂窗算法来反演地表温度.分析了2008年滇中地区地表热环境的变化特征,结果表明:在热量分布方面,由西北向东南递增,东部丰富、西部偏少.     

MODIS数据辅助的GF-1影像晴空光合有效辐射反演

面向农作物产量监测对中高分辨率遥感数据光合有效辐射(photosynthetically available radiation,PAR)反演的实际需求,该文选择山东省禹城市2014年1月至2014年12月共13景GF-1/WFV卫星影像作为数据源,基于中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)地表反射率产品作为辅助数据源,开发了适于业务运行的WFV数据气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)及PAR的反演算法。算法核心是采用6S(second simulation of satellite signal in the solar spectrum)大气辐射传输模型,建立包括AOD在内的大气参数与查找表(look-up table,LUT),结合大气顶层太阳入射辐照度及卫星入瞳处辐射亮度值反演地表反射率数据,通过与WFV蓝光波段地表反射率数据对比获取大气参数。通过反演的大气参数计算400~700 nm连续光谱区间的PAR值,并建立WFV数据离散红、绿、蓝光波段与连续光谱区间PAR的转换系数,实现WFV数据PAR的反演。其中,WFV蓝光波段反射率数据与MODIS地表反射率数据关系、离散到连续谱段PAR的关系可以从美国地质勘探局(United States Geological Survey,USGS)提供的典型地物波谱库数据理论计算获取。利用中国生态系统研究网络(chinese ecosystem research network,CERN)禹城站地面观测值进行验证结果表明,该文提出的算法总体精度达到92.63%,平均绝对误差为14.56 W/m~2,平均相对误差7.37%,具有业务应用的潜力。     

基于Landsat TM/TIRS的重庆市主城区热岛效应研究

使用Landsat数据对2001—2013年重庆市主城热岛进行研究,选取2001年、2007年的TM、2013年的TIRS三期夏季影像,采用单窗算法反演出地表温度。在此基础上,对主城热岛时空演化的整体特征、热岛强度进行分析,得出以下结论:（1）重庆市高温地表主要分布在主城建成区内,由过去呈一点向多点、零散向成片的分布,发展至目前呈多片块、多中心均衡分布,并有持续向外扩展的趋势;（2）市区内绿化较好或有水体覆盖区域,对城市高温起到一定的缓解作用,而长江、嘉陵江表面温度与陆上地表温度相差较大;（3）13年间交通线路的发展带动了周围地区及周边区县的城市化发展,使得传统的高温区温度有所降低,在交通路线所能达到的地方形成新的高温区;（4）2001年热场变异指数为0.63,2007年为0.49,2013年达到0.66,较高的热场变异指数使得重庆市热岛强度处于较高水平。     

基于Landsat TM的重庆都市区地表热环境时空变化研究

随着城市化进程的加快、经济的高速发展,城市结构相应发生了一系列的改变,对城市的生态环境也产生了巨大的影响,城市热岛效应问题尤为突出。文章选取重庆都市区为研究对象,以Landsat-TM1988,2000和2011年三期夏季遥感影像为数据源,基于RS和GIS,采用单窗口算法对地表温度进行反演,并对城市地表温度的时空变化、热中心以及城市建设用地重心迁移进行分析,探讨城市地表热环境与城市扩张及下垫面的响应关系。研究结果表明:1988—2011年,研究区地表温度在空间上的分布存在明显差异性,区域温度整体有所上升,热环境问题日益严重;热中心与建设用地重心两者地迁移具有高度一致性;热环境效应强度与建设用地的分布情况大致呈正相关,与植被或水域的分布情况呈负相关。研究结果可为采取合理措施改善城市地表热环境效应、优化城市生态环境提供参考。     

基于遥感的蒸散发及地表温度对LUCC响应的研究

探讨土地利用/覆盖类型变化(LUCC)对地表温度(LST)和计算蒸散发(ET)的影响，进而了解LUCC对水资源消耗的影响。利用Landsat TM/ETM+遥感数据，解译获取山东省垦利县1987年和2000年的LUCC信息，并利用单窗算法和SEBAL模型分别反演LST，ET。研究发现：由于经济的快速发展，导致1987到2000年13年间山东省垦利县的土地利用/覆盖变化极为显著，变化面积达到总面积的36.12%；土地利用/覆盖的特点基本控制了研究区域的LST和ET的区域分布特点，滨海滩涂、沼泽地、水体的LST值低，而ET值高；建设用地和盐碱地的LST值高，ET值低。不同土地利用/覆盖类型下的各LST和ET基本都表现为单峰型变化。1987年和2000年LST的频率分布特征大体一致，但2000年的各地类LST的分布范围比1987年的LST分布范围变宽。ET的分布变化没有呈现出这个特征，2000年各类型的日ET量都大于1987年的日ET量，两个时期都表现为水体的ET最大，农田次之，建设用地的ET最小。且不同土地利用/覆盖类型下ET和LST之间都存在明显的反相关关系。     

渭干河—库车河三角洲绿洲地表温度时空变化特征研究

采用单窗算法,利用1989年和2011年两期Landsat数据对渭干河—库车河三角洲绿洲的地表温度进行反演,并与实时陆面地表温度进行对比检验,其反演精确度分别为94.9%和95.9%。在此基础上,分析了不同时期渭干河—库车河三角洲绿洲地表温度分布格局,并将反演的地表温度划分为6个等级:低温区9.9~13.9℃,次低温区13.9~19.9℃,中温区19.9~25.9℃,次高温区25.9~31.9℃,高温区31.9~37.9℃和极高温区37.9~41.9℃。通过两期图像的反演可以得出:（1）从时间尺度上来看:1989年的温度低于2011年,比2011年多一个低温区;2011年比1989年多出高温区和极高温区两个温度段,1989年和2011年的最低温和最高温的温度差分别为5.13℃和13.51℃;（2）从空间尺度上来看,各温度区间的分布范围发生了巨大变化;（3）由于戈壁、沙漠在日照下增温比绿洲快得多,因此,绿洲的温度基本符合中心低,四周高的“冷岛”现象。此研究对进一步理解渭干河—库车河土壤—植被—大气系统能量交换状况具有重要意义。     

基于多时相遥感影像分析的城市土地利用/覆盖变化与热环境演变--以徐州市为例

以1987,1994,2000和2005年共4期的Landsat TM遥感影像为数据源,利用先进的决策树分类法获取徐州市土地利用/覆盖信息,通过单通道算法反演地表亮温获取城市热场分布与热环境变化信息,采用土壤调节植被指数SAVI定量描述研究区植被覆盖变化,并综合采用这些信息对城市热环境演变与城市扩展、植被覆盖变化的关系进行了综合分析.结果表明,利用Landsat TM数据结合决策树分类方法,是获取土地覆盖/利用的有效方法.通过计算地表辐射亮温来研究城市热环境变化是合适的,SAVI等因子与城市热环境显著相关,能够有效地定量描述城市扩展及其生态环境响应.研究结果可服务于城市环境保护与人居环境改善.     

基于MODIS数据的黄淮海夏玉米高温风险空间分布

近年来中国高温灾害频发,对黄淮海地区的玉米生产造成较大影响。目前已有的高温风险研究多用的是气象站点的点源数据,针对气象站点数据对大范围区域代表性较差的问题,该文使用搭载在Aqua卫星上的MODIS陆地表面温度产品(MYD11A1),在研究其与气象日最高温度间具有显著相关性的基础上,使用遥感温度数据获取黄淮海夏玉米花期的高温风险空间分布,并结合高程、水体等地理环境因素分析高温风险的成因。结果表明:气象日高温数据与遥感温度数据间的决定系数R2为0.51,P0.001,存在显著的正相关性。通过遥感温度计算发现近年高温风险主要分布在秦岭山区北部以及城镇、村庄的周边地区,与实际情况相符。该研究对于大范围高温风险研究与玉米生产管理具有参考作用。     

基于Landsat 8数据的荒漠土壤水分遥感反演

[目的]分析荒漠土壤水分变化特征,为南疆干旱区荒漠土壤水分遥感监测提供理论依据和方法支持。[方法]以Landsat 8数据构建干旱地区荒漠土壤水分建模指示因子,通过优选的26个光谱指数、地表温度(Ts)和地形数据(DEM)为建模因子,分别以偏最小二乘(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)3种方法构建土壤水分反演模型,对模型进行验证和对比,选取最优模型反演空台里克土壤水分空间分布。[结果]①TVDI,NR,GLI等26个优选的光谱指数中,Ts和DEM与土壤水分均达极显著相关,可作为南疆干旱区荒漠土壤水分遥感建模的指示因子;②对比3种模型,RF模型建模集和预测集的R²分别为0.93,0.91,预测集RPD为3.90,各评价指标均为最高,PLSR模型精度次之,SVM模型精度最低;③以RF模型反演研究区表层土壤水分,在不同土地利用分类中土壤水分分布特征存在明显差异,特别在盐结皮区域的差异尤为突出。[结论]利用光谱指数、环境因子和地形数据构建的多因子、多指数综合的模型能较高精度地反演干旱区荒漠表层土壤水分,对研究该地区土地荒漠化和生态环境治理具有一定参考价值。