Himawari 8 AHI数据地表温度反演的实用劈窗算法

地表温度是水文、气象、气候和环境等研究领域中的关键参数,利用热红外遥感可快速获取区域和全球高精度的地表温度数据。Himawari 8号是日本发射的新一代地球静止轨道气象卫星,星上搭载AHI(Advanced Himawari Imager)成像仪,具有更高的时空分辨率。利用AHI第14(11.2μm)和15(12.35μm)通道星上亮温数据,提出反演地表温度的实用劈窗算法,其中输入的发射率数据利用ASTER GED(Global Emissivity Dataset)v4计算得到。劈窗算法的系数由观测角度和大气水汽含量分区决定,其中大气水汽含量由两个劈窗通道直接估算得到。利用黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验(Hi WATER)4个站点的实测数据和中国7个湖泊中心点的MODIS地表温度产品对反演结果进行验证,结果表明,算法的均方根误差(RMSE)在3 K以内,达到目前常用遥感地表温度产品的精度。同时与利用MOD11C3 C6产品估算的发射率和温度反演结果进行对比分析,发现ASTER GED反演的结果具有更高的精度,适合用来生产高精度的地表温度产品。     

Landsat 9数据的地表温度反演算法优化

地表温度作为地表与大气之间能量交换的关键参数被广泛地用于众多领域。本文针对Landsat 9数据,优化了单窗算法模型和劈窗算法模型,实现了地表温度反演,并结合SURFRAD站点实测数据和地表温度产品进行了精度验证分析。结果表明：两种算法模型的确定系数均大于0.96,其中劈窗算法模型精度较高,误差(RMSE)值为1.45 K左右,单窗算法模型精度较低,误差(RMSE)值为1.61 K左右;劈窗算法模型相较于单窗算法模型对参数的敏感性较低,在高水汽含量范围内,劈窗算法模型的结果要优于单窗算法模型的结果;本文提出的地表温度反演方法结果与官方地表温度产品的误差(RMSE)值均在2.5 K以内,可满足热红外遥感数据生产地表温度产品的应用需求。     

用劈窗算法反演地表温度的通道问题讨论

劈窗算法是基于热红外遥感数据反演地表温度中应用较为广泛、且简单有效的算法之一,所使用的热红外通道主要位于10～13.3 μm(1000 ～ 750 cm-1)波长区间内,很少考虑8 ～9.09 μm(1250～1100 cm-1)区间内的通道数据.为了探讨更多的适合于反演地表温度的通道数据,结合劈窗算法基本公式的推导过程,归纳出了与通道设置相关的问题,并针对这些问题在10～13.3 μm(1000～750 cm-1)和8～9.09 μm(1250～1100 cm-1)区间内进行了数值模拟分析.结果显示,用基于此推导劈窗算法,通过迭代求解,利用8 ～9.09 μm(1250 ～1100cm-1)和10～13.3μm(1000～750 cm-1)波长区间内数据进行温度反演的结果非常接近,因此认为,将8～9.09 μm(1250～1100 cm-1)波长区间内的数据用于劈窗算法反演地表温度具有一定的可行性.     

FY-3D MERSI-II地表温度遥感反演与验证

地表温度是是决定地表辐射能量收支的重要变量,在岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的能量平衡和水量平衡研究中起着重要作用。利用热红外遥感技术可实现区域和全球尺度地表温度的快速获取,其受到了研究者的广泛关注。目前,FY-3D是国内光谱分辨率最高的对地观测卫星,极大的提高了对地观测能力,其搭载的中分辨率光谱成像仪（MERSI-II）经过大幅升级改进,性能有了显著提升,热红外数据的空间分辨率达到了250 m。本文使用大气辐射传输模型MODTRAN 5模拟了MERSI-II传感器热红外通道星上观测数据。在此基础上,构建了通用劈窗地表温度反演模型,结合ASTER GED全球地表发射率产品以及MERSI-II自身大气水汽反演算法,发展了地表温度遥感反演方法。最后,利用2019-08内蒙古乌海沙漠地区及美国SURFRAD多个站点的实测地表温度数据对本文提出的方法进行了验证。研究结果表明,相较地表实测数据,构建的劈窗算法反演的地表温度RMSE在1.6—2.6 K,反演精度达到了预期目标,还具有较高的空间分辨率,可以用于业务化的地表温度的反演,同时也说明其辐射定标精度有了一定保证,有效满足了区域和全球尺度地表温度遥感监测应用需求。     

针对MODIS影像的劈窗算法研究

在分析热红外遥感和现有的劈窗算法的理论基础上,针对MODIS数据对劈窗算法进行了推导。通过对热辐射强度和温度之间的关系计算,对Planck函数进行了线性简化,同时分析了MODIS的波段设置特点。MODIS的近红外波段适宜于反演大气水汽含量,而大气透过率主要从MODIS的近红外波段数据反演得到大气水汽含量,并进而根据水汽含量与大气透过率的关系来进行估算。通过MODIS的可见光波段、近红外和中红外波段数据,完全可以获得地表温度反演所需要的基本参数,从而形成了针对MODIS数据的地表温度反演的劈窗算法。最后以环渤海地区为实验区,对本文提出的方法进行了实际应用分析。     

用NOAA-AVHRR热通道数据演算地表温度的劈窗算法

气象卫星NOAA-AVHRR有两个热通道用来监测地球表面温度。劈窗算法是用这两个热通道数据演算地表温度的最常用方法。近10年来,国际遥感界已经提出了10多种劈窗算法。本文主要介绍这些劈窗算法,并比较它们的演算精度,重点放在这些算法的具体计算方面,以便有关同行在需要计算地表温度时有选择地应用.     

Landsat 8数据地表温度反演算法对比

随着卫星遥感技术的发展,利用遥感反演地表温度的方法不断出现,如劈窗法、双角度法和单通道算法等。Landsat系列卫星的遥感数据是地表温度反演的重要数据之一。本文选择无锡周边区域为研究区,利用Landsat 8卫星遥感数据,对两种劈窗算法(Juan C.Jiménez-Muoz劈窗算法和Offer Rozenstein劈窗算法)和两种单窗算法(Juan C.Jiménez-Muoz单通道算法和覃志豪单窗算法)的地表温度反演精度进行了对比和敏感性分析。采用太湖16个浮标站的实测数据来验证了4种算法的反演精度。结果表明:两种劈窗算法的精度较高且较为接近,误差为0.7 K左右;覃志豪单窗算法和Juan C.Jiménez-Muoz单通道算法精度较低,误差分别为1.3 K和1.4 K左右。Juan C.Jiménez-Muoz劈窗算法对参数的敏感性最低,Juan C.Jiménez-Muoz单通道算法次之,覃志豪单窗算法和Offer Rozenstein劈窗算法敏感性相对最高。其中Juan C.Jiménez-Muoz单通道算法只适用于一定的水汽含量范围,有一定的局限性。     

Landsat 8热红外数据定标参数的变化及其对地表温度反演的影响

Landsat系列卫星上的TIRS热红外传感器数据已被大量应用,针对TIRS数据的地表温度反演也相继开发出一些算法,并有一些研究对TIRS数据的定标及其地表温度反演算法的精度进行了对比。本文主要就TIRS热红外传感器定标参数的变化,结合这些定标参数变化的时间点对有关地表温度反演算法的适用性和有效性进行分析,特别是对劈窗算法是否适合当前的TIRS数据进行了讨论,以使用户能够对Landsat 8 TIRS热红外数据的正确使用有进一步的认识。总的看来,由于视域外杂散光的影响,TIRS数据的定标精度仍达不到设计目标,TIRS第11波段的不确定性仍成倍大于TIRS 10波段。因此,在Landsat团队未彻底解决这一问题之前,同时用TIRS第10、第11这两个差距较大的波段构成的劈窗算法来反演地表温度,其精度存在较大的不确定性,US6-S团队仍在致力于改进第11波段的精度,改进后的波段可以用劈窗策法。目前应以TIRS第10单波段的方式来反演地表温度为宜。     

单窗算法结合Landsat8热红外数据反演地表温度

Landsat热红外系列数据一直是地表温度反演重要的遥感数据源,目前用于地表温度反演的单窗算法主要针对Landsat TM/ETM+第6波段数据(TM 6)建立的,Landsat 8热红外传感器(TIRS)与TM 6相比有很多变化,因而其单窗算法也需要改进。本文以Landsat 8 TIRS第10波段(TIRS 10)为数据源,提出了针对TIRS 10的单窗算法(TIRS10_SC),并对研究区地表温度进行反演研究,确定了研究区不同类型地表的温度值。研究结果表明:(1)TIRS10_SC算法可以较好地应用于Landsat 8数据的地表温度反演,平均反演误差为0.83℃,相关系数为0.805,反演温度与模拟数据和实测数据都具有较好的一致性;(2)通过对单窗算法中的地表发射率、大气水汽含量和大气平均作用温度等参数敏感性分析发现,TIRS10 SC算法能够获得较为可靠的反演结果;同时,TIRS10 SC算法对大气水汽含量和地表发射率敏感性较高,对大气平均作用温度敏感性稍弱。该算法对于利用Landsat 8 TIRS数据快速反演地表温度具有应用价值。     

劈窗和单窗算法对泰安市热岛效应分析的适宜性研究

为了探讨特定城市在热岛效应中的地表温度反演的有效方法,本文分别基于TM与MODIS影像并采用了目前较为成熟的单窗和劈窗算法对泰安市的地表温度进行反演,将泰安市各气象观测站的实测温度数据与两种算法的温度反演结果进行验证,通过反演结果对比分析,证明劈窗算法精度更高。并且,采用10年间的多期MODIS影像对泰安市热岛效应分析的劈窗算法的可行性和优势进行了普适性验证。实验结果证明,针对处于山区且地势起伏较大的泰安地区,劈窗算法能较好地减弱或消除上空大气含水量高对温度反演的影响,同时还能更好地获取地表比辐射率和大气透过率,而且反演温度的分布规律也符合研究区地貌和类型要素特征。最后,本文就分析结果给出了泰安市产生热岛效应的主要原因,并认为该区域城市化过程中的城市热岛效应正在进一步加剧。     

Sentinel-3 SLSTR数据的组分温度反演

陆表温度是全球气候观测系统的基本变量。由于地表目标多数为具有三维结构、组成成分复杂、温度分布不均一的混合像元,因此相较于平均温度,组分温度具有更明确的物理意义和应用价值,对地—气相互作用过程和水分循环的定量分析研究具有重要意义。本研究针对Sentinel-3 SLSTR数据,基于CBT-P模型和CE-P模型构建了植被—土壤组分温度反演框架,并分析了劈窗算法和LAI对反演误差的影响。使用小汤山、漯河、塞罕坝3地实测数据进行结果验证,结果表明,5个验证点的植被组分温度反演结果的绝对偏差在0.1—1.6 K之间,平均绝对偏差为1.1 K,土壤组分温度反演结果的绝对偏差在0.5—1.4 K之间,平均绝对偏差为0.8 K,在中纬度的稀疏连续植被和垄行植被冠层中取得了较高的精度,初步证明了本研究提出的Sentinel-3 SLSTR双通道双角度地表组分温度反演算法的可行性。     

基于改进的模糊c-均值聚类方法遥感影像分类研究(英文)

Classification is always the key point in the field of remote sensing. Fuzzy c-Means is a traditional clustering algorithm that has been widely used in fuzzy clustering. However, this algorithm usually has some weaknesses, such as the problems of falling into a local minimum, and it needs much time to accomplish the classification for a large number of data. In order to overcome these shortcomings and increase the classification accuracy, Gustafson-Kessel （GK） and Gath-Geva （GG） algorithms are proposed to improve the traditional FCM algorithm which adopts Euclidean distance norm in this paper. The experimental result shows that these two methods are able to detect clusters of varying shapes, sizes and densities which FCM cannot do. Moreover, they can improve the classification accuracy of remote sensing images.     

遗传算法在组分温度反演中的应用

介绍了遗传算法的主要内容和工作原理。在连续植被热辐射方向性模型的基础上,从热红外多角度遥感数据中,同时反演混合像元组分温度、土壤比辐射率以及叶面积指数。大量试验表明,利用遗传算法反演组分温度效果非常好。在宽松的先验知识条件下,该方法可以解决不确定性反演问题     

改进的OPTA算法在遥感影像细化中的应用

在分析和研究快速细化算法和OPTA细化算法基础上,针对快速细化算法细化不彻底和OPTA算法模板设计的缺点提出了对OPTA细化算法的改进,设计了新的细化算法模板。经过实验证明改进的OPTA细化算法能够满足细化的基本要求,既保证了细化结果线条的单像素宽,又保持了原有图像线条的连通性,同时线条细节特征没有丢失,使细化结果得到了较大改善。     

混沌免疫算法在遥感影像分类中的应用研究

为提高遥感影像分类精度,采用基于混沌免疫算法(Chaos Immune Algorithm)的分类方法。利用混沌优化的遍历性,进行粗粒搜索,优化初始抗体群;通过选择算子、克隆算子、变异算子、抗体的循环补充等操作,得到全局最优的聚类中心,提高分类精度。实验表明该方法分类总精度、Kappa系数均优于传统分类方法。     

植被光合有效辐射吸收比率遥感研究进展

植被光合有效辐射吸收比率FPAR（Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation）反映了植被冠层的光学特性，是表征植被光合作用水平和生长状态的重要参量，因此成为全球变化研究中多种过程模型的重要输入参数。随着定量遥感研究的深入和新型传感器的使用，从区域到全球尺度上的FPAR遥感估算方法不断提出，多样化的遥感FPAR产品越来越多地应用于碳循环、能量循环、生产力估算及作物估产等研究领域。本文梳理了遥感估算的植被光合有效辐射的相关概念和算法，并着重对过去十年间遥感估算FPAR的新进展进行了系统总结和探讨。研究表明，近年来FPAR遥感的研究工作一方面聚焦于对现有算法的改进与各类型产品的验证，更多的研究则侧重于FPAR概念体系的拓展，叶片、叶绿素水平的FPAR估算，直射光、散射光的FPAR建模等新方向逐渐成为研究热点。     

志愿者民航客机夜光遥感方法与数据验证

夜光遥感是遥感技术一个活跃的分支，能够反映人类社会活动的痕迹。在城市监测、经济参数评估、重大事件评估等方面有着独特的优势。近年来夜光数据的应用不断拓展，这对传统的卫星夜光遥感数据提出了更高的要求。本文基于大众遥感、志愿者遥感理念，提出了一种夜光遥感数据获取的新方法——民航客机遥感（PARS）。以长沙市为研究区域获取PARS夜光遥感影像，并将所得数据与传统卫星遥感数据作对比。结果表明，PARS捕获的夜光遥感数据在分辨率、波段及时效性上比传统方式表现得更为优秀，是一种低成本、灵活及多样化的遥感数据获取方式，具有很大的发展潜力。     

湖泊营养状态遥感评价及其表征参数反演算法研究进展

湖泊富营养化由于其可导致藻类水华暴发,引发生态系统灾变和饮用水风险,是中国乃至全球湖泊面临的主要生态环境问题.湖泊营养状态精准、实时、大范围的同步监测是准确掌握湖泊水环境变化特征,开展富营养化成因分析、评价评估、治理修复和管理考核的重要基石.相比地面调查的传统手段,遥感具有快速、大范围、周期性等优点,已经广泛应用于叶绿...