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。     

针对TM/ETM+遥感数据的地表温度反演与验证

利用2001、2004、2005年水体、裸地、农田、草地上红外辐射计的观测数据,结合大气下行辐射与比辐射率数据,通过多种方法分别获取了像元尺度的地表温度实测值,并对基于TM/E1M<' >数据的3种遥感反演算法得到的地表温度进行地面验证.结果表明:3种遥感反演算法得到北京地区地表温度的空间分布趋势一致.与地面实测数据相比,辐射传输方程算法的结果略高于地面实测值,单窗算法的结果与地面实测值一致性最好,而普适性单通道算法的结果明显低于地面实测值.从单窗算法反演的北京市地表温度分布图中可以看出,北京城市热岛效应显著,总体上城区地表温度高于郊区,水体温度最低,而且不同下垫面的地表温度差异明显.     

基于遥感技术的地表蒸散业务化反演

分析地表蒸散业务化反演的现状需求及所面临的困难,从业务化运行的目标出发,根据地表蒸散业务化反演的几点原则：独立性、简洁性、普适性、尺度扩展性,对现今较为常用的几种地表蒸散模型进行对比分析,最终选取Priestley-Taylor(PT) 模型作为核心方法,建立地表蒸散业务化反演的运作技术流程。在MODIS数据和气象数据支持下,以黑河流域为试验区,对该方法和流程进行验证,反演得到该流域地表日蒸散量。最后以FAO56 Penman–Monteith模型反演结果作为检验标准进行精度评价分析,两种反演结果相关性达0.880。较高的反演精度表明,PT模型的选用和该技术流程的建立是合理的,足以满足业务化反演的需求,具有进一步的可操作性和实用性。     

基于Landsat 8 TIRS数据与TVDI的流域地表土壤干旱分析

以漓江上游流域为研究区域,利用较高空间分辨率的Landsat 8 TIRS数据定量反演流域的地表温度,并结合温度-植被干旱指数探讨干旱季节流域地表土壤干旱时空分布特征。结果表明:不同干旱季节,漓江上游流域地表温度分布规律类似,即以林地为主的上游流域地表温度低于以城乡工矿居民用地为主的中下游区域;流域地表土壤以干旱等级为主,部分区域出现极干旱现象,在一定程度上会影响区域农业和旅游业的可持续发展。流域地表土壤干旱程度受土地利用类型影响明显,以林地为主的上游区域地表土壤主要为湿润等级,而以城乡工矿居民用地为主的中下游区域主要为干旱等级。     

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.     

双极化雷达反演裸露地表土壤水分

为了快速高效地获取大面积地表土壤水分,本文提出一种适用于双极化SAR(synthetic aperture rader)的裸露地表土壤水分反演经验模型。首先通过AIEM(advanced integral equation model)模型数值模拟和回归分析,提出一种新的粗糙度参数,将2个传统的粗糙度参数简化为1个参数;然后模拟地表土壤水分与雷达后向散射系数的关系,从而建立裸露地表的经验散射模型,模型的未知参数仅为粗糙度参数和土壤体积含水量,通过双极化的雷达数据即可实现土壤水分的反演。通过2008年甘肃张掖黑河流域实测数据对模型进行了初步验证,发现在入射角大于25°时,模型反演值与实测值有着良好的相关关系(相关系数为0.745)。该模型仅需双极化的雷达数据就能实现土壤水分的反演,无需测量地面粗糙度,尤其适用于大面积干旱区域的地表土壤水分的获取。     

利用HJ-1B遥感数据反演西北地区近地表气温

近地表气温是一个重要的气候参数,为了给农业研究提供空间上连续的气温信息,以西北地区为研究区,利用HJ-1B数据运用温度-植被指数方法（temperature-vegetation index, TVX）反演近地表气温。首先采用修正普适性单通道算法反演地表温度,并利用同一地区的MODIS温度产品进行了对比验证,然后利用2010年7月20日、2010年8月28日、2011年8月8日3景影像结合研究区气象站点观测的气温资料推算饱和NDVI值,最后将推算结果应用到2011年8月28日影像,利用气象站点观测资料对TVX方法反演的气温进行了精度验证。结果表明,反演地表温度与 MODIS 温度产品空间分布趋势基本一致,符合研究区的地表覆盖状况;反演气温与反演地表温度空间分布格局具有较好的一致性,可以提供比气象站点观测数据更理想的空间异质性信息;反演气温值比观测值偏高,二者平均绝对误差MAE为2.16 K,均方根误差RMSE为2.72 K。为快速有效获取大范围的气温时空信息提供了一种新思路,对科学指导农业生产、合理利用农业资源具有一定的可参考性。     

基于MODTRAN 4的贵阳市Landsat热红外波段大气透过率估计

大气水汽含量对热红外波段大气透过率的干扰是遥感影像反演地面温度的主要影响因素之一,贵阳市夏半年气温低、水汽含量高的气候特点增加了大气水汽的干扰作用。为实现Landsat卫星资料在贵阳市地面温度反演中的应用,完善大气校正,提高反演精度,本文通过MODTRAN 4模拟了22℃时Landsat ETM+影像热红外波段的大气透过率随水汽含量的变化规律,拟合了利用水汽含量计算该波段大气透过率的分段式计算方程。经模拟演算和地温反演应用,结果表明:估计方程的演算误差在0.9～1.3℃,满足贵阳市地表温度反演的误差要求;实际应用中贵阳市地温反演结果与台站资料计算的地温值存在2.7℃的误差,还存在其它参数误差,反演精度有待进一步提高。     

基于遗传算法的不同光照条件下植被和土壤组分温度反演

为了提高地表土壤组分温度的反演精度,该研究利用ASTER反射光谱数据获取像元组分比,将直方图法引入遗传算法中,从而缩小了获取遗传算法最佳搜索参数的范围,并利用遗传算法对盈科研究区内地表非同温像元进行组分温度分解,对非同温像元下植被、遮阴土壤、光照裸土的组分温度进行模拟。该研究采用遗传算法直接对ASTER热红外数据进行地表混合像元组分温度分解的方法验证。结果表明,在考虑反射波段情况下,模拟的组分温度与地表同步实测温度的相对误差为7.63%～8.867%,在不考虑反射波段情况下,模拟的组分温度与地表同步实测温度的相对误差为8.955%～11.832%,表明了此方法在研究地表组分温度反演是可行性。该研究为地表组分温度反演提供新思路。     

基于MODIS数据的黑龙江省黑土带地温空间格局分析

地温与春旱是黑龙江省农业生产的重要限制因子。2009年与2010年5月的气候异常对农业生产与管理产生显著影响。研究地表温度格局与动态变化规律及其对农业生产的影响,将为农业相关部门指导农耕提供科学依据。利用MODIS数据,对2009年和2010年5月中旬的两期地表温度(LST)数据进行分析,建立温度矢量空间格局;分析导致地表温度格局变化的成因。结果表明:(1)2009年和2010年5月的LST存在明显的空间格局差异。2009年5月的比2010年5月LST均值高约6.8K。(2)地表温度变化受下垫面状况影响显著。不同的土地利用类型对LST的贡献不同。(3)不同的土壤类型在旱涝年份对地表温度影响不同,黑土和黑钙土,团粒结构性好,田间持水量能力强,保水能力好,耐旱抗涝的能力比其他的土壤强得多,对LST的保持贡献最大;土壤的含水量与LST成正相关。(4)地势较低时,地表温度受多种因素的共同作用,DEM变化对LST作用不大;随着地势的增加,DEM成为影响地表温度的主要因素。     

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。     

基于NDVI-DFI的矿业开发密集区地表热环境分异效应分析

目前大量研究基于像元二分模型探讨植被覆盖度与城市热岛的关系,基于像元三分模型反演植被覆盖度的研究、植被覆盖度与矿业开发密集区地表热环境分异效应关系的分析尚少见报道。该文利用2000-2018年5期Landsat卫星遥感影像,基于NDVI-DFI像元三分模型反演研究区植被覆盖度,将混合像元分解为光合/非光合植被和裸土3部分。利用辐射传输方程法反演地表温度。借助分级统计法、红蓝差值影像法、相关分析法和回归分析法,分析研究区植被覆盖度时空变化与地表热环境分异扰动效应之间的关系。结果表明:研究区NDVI-DFI特征空间符合像元三分模型的基本假设;相关分析法表明,光合/非光合植被覆盖度和裸土覆盖度变化与地表温度变化之间呈显著相关关系,相关系数分别为-0.81、0.72和0.90;回归分析结果表明,地表温度分别与光合/非光合植被覆盖度和裸土覆盖度呈极显著负相关关系(P<0.01)、不显著正相关关系和极显著正相关关系(P<0.01);光合植被覆盖度每增加10%会使地表温度相应降低0.52℃,裸土覆盖度每增加10%会使地表温度上升0.98℃,非光合植被覆盖度每增加10%会使地表温度相应上升0.61℃。研究结果可为矿业开发密集区地表热环境改善提供定量参考依据。     

基于Landsat/TM资料研究东莞市地表温度地理分区

以快速城市化的典型地区广东省东莞市为例,以Landsat/TM资料为主要数据源,采用覃志豪单窗算法进行地表温度反演,计算32个区的平均地表温度,并依据各镇区平均地表温度和数字高程模型数据,进行地表温度的地理分区。结果表明:东莞市可划分为山地低温区、河网次低温、丘陵—近河网次高温区、平原高温区4个温度区间,其中山地低温区仅指谢岗镇,河网次低温区位于东莞市西北部东江河网区,丘陵—近河网次高温区包括西南部濒临珠江口的江河冲积平原、东北部的东江河滨及东部的丘陵台地,平原高温区位于中部、南部的平原地区。由此可见,地形地貌对地表温度影响显著,城市化进程必须因地制宜、合理规划。     

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。     

呼和浩特市不同植被指数与地表温度的定量遥感关系

利用Landsat 8影像数据,提取呼和浩特市地表温度（LST）、4种典型植被参数:归一化植被指数（NDVI）、修正土壤植被指数（MSAVI）、比值植被指数（RVI）及植被覆盖度（FV）,并结合研究区土地覆被信息,探讨了LST与4种典型植被参数的定量遥感关系,不同下垫面类型对地表温度—植被参数的影响及其二者之间的空间尺度效应。结果表明:地表温度—植被参数呈现出显著负相关关系,NDVI,RVI,MSAVI,FV每增加0.1,对应的LST分别下降:0.99℃,0.83℃,1.02℃,0.64℃;不同土地覆被类型中二者相关性差异显著,其中林地LST与4种植被参数相关性最强,RVI与LST相关性最稳定;在不同的空间尺度下（30～1 920 m）,地表温度—植被参数空间相关性呈现出先增大后减小的趋势,NDVI,FV,MSAVI,RVI与LST的空间相关性分别在120 m,240 m,60 m,120 m达到最高。     

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。     

基于温度植被旱情指数的徐州市郊干旱遥感监测

利用Landsat TM/ETM+数据,以徐州市郊为研究区,获取归一化植被指数(NDVI)、土壤调整植被指数(SAVI)和地表温度(Ts)信息,分别构建NDVI-Ts和SAVI-Ts特征空间,依据这两个特征空间计算出研究区2001年4月3日和2007年5月14日的温度植被旱情指数TVDI(NDVI)和TVDI(SAVI),并分别与地表温度(Ts)和降水量进行了相关评价.结果表明,TVDI可用于实现大范围的干旱监测,SAVI能够修正NDVI对土壤背景的敏感,基于SAVI的反演结果明显优于基于NDVI的反演结果,能够有效地运用于干旱监测.     

珠江三角洲土地利用/覆盖变化对地表温度的影响

Remote sensing and geographic information systems （GIS） technologies were used to detect land use/cover changes （LUCC） and to assess their impacts on land surface temperature （LST） in the Zhujiang Delta. Multi-temporal Landsat TM and Landsat ETM＋ data were employed to identify patterns of LUCC as well as to quantify urban expansion and the associated decrease of vegetation cover. The thermal infrared bands of the data were used to retrieve LST, The results revealed a strong and uneven urban growth, which caused LST to raise 4.56℃ in the newly urbanized part of the study area. Overall, remote sensing and GIS technologies were effective approaches for monitoring and analyzing urban growth patterns and evaluating their impacts on LST.     

条件植被温度指数干旱监测方法的完善

应用NOAA-AVHRR多时段卫星遥感数据,以陕西省关中平原为研究区域,建立了条件植被温度指数干旱监测方法,讨论了植被指数和地表温度特征空间中冷边界和热边界的确定方法。通过气象网站的降水量资料验证了该研究区域1999年以来每年5月上旬的干旱监测结果,结果表明条件植被温度指数与降水量间的相关性随着累计时间的增加而降低,与最近月份降水量的相关性最好,证实了冷边界和热边界确定方法的合理性以及条件植被温度指数是一种可行的、近实时的干旱监测方法。