城市目标方向亮温观测的视场效应分析

基于简化的城市目标三维结构模型,利用计算机图形学中辐射度方法,对城市目标的热辐射方向性规律进行模拟。在传感器分别位于近地面和卫星轨道时,研究了城市目标各组分在视场内的权重随观测天顶角、方位角和观测距离改变的变化规律。结果表明:城市目标方向亮温地面辐射测量存在显著视场效应。当传感器位于近地面时,在垂直太阳主平面附近,视场效应达到最大。方向亮温随观测距离的改变有明显变化。随着观测距离的增加,视场效应急剧减小。将近地面测量得到的方向亮温与卫星影像计算所得的方向亮温对比时,视场效应是一个必须考虑的因素。     

城市简单目标方向亮温研究

本研究以哈尔滨野外试验数据为基础，分析了城市表面亮温分布地表测量中，典型目标选择、目标亮温变化以及分类等方面的问题。结果表明，城市典型目标的选择，不仅需用材料特性划分，而且还需考虑阳光与周围环境的变化。此外，城市典型目标的亮温在数值上均随测量时间改变，并且变化比较复杂，需深入研究。在以上实验分析的基础上，建立了一种简单情况下的城市方向亮温模拟模型。模型中，抓住部分建筑区楼房以行结构为主要空间分布特征的特点，将建筑物进行简化，得到了不同观测角度下城市方向亮温的数值。模拟结果显示，方向亮温极化图中出现了条带结构，这与实验结果很吻合，但未能发现热点效应，需要进一步深入研究。     

两组分非同温像元热辐射中多次散射影响的解析模型和验证

具有三维结构的非同温地表像元表面热辐射的方向性，取决于像元组分参数，如组分温度，组分发射率，组分结构参数等，而组分的热辐射在组分间的多次散射对像元表面总热辐射方向性的贡献主要取决于像元的几何结构，本文以热辐射几何光学模型为基础，根据多次反弹的原理定量表述了组分热辐射在组分间的多次散射，对随机分布的两且分非同温像元，建立了解析表达的热辐射方向性模型，室内模拟实验室测数据的检验证明了模型的适用性和简单性。     

城市模拟目标的3维热辐射方向性模型

以城市3维结构场景为研究目标,考虑其光影遮蔽关系,模拟传感器视场内目标的可见表面,实现视场尺度内城市模拟目标方向亮温的准确模拟。利用地面试验观测数据对3维热辐射方向性模型进行验证。结果表明,该模型对城市3维结构目标的方向亮温具有较好的模拟精度,均方根误差为0.7K,能够描述微观尺度下城市3维模拟目标的热辐射方向性。利用该热辐射方向性模型对城市区域物理模型的方向亮温进行模拟,发现城市区域物理模型热辐射存在显著的方向差异,并伴有热点效应产生。     

用热红外辐射计确定地表温度的一种简易方法

本文介绍了一种借助热红外辐射计获得的数据确定地表温度的简单技术。该技术基于一张数表和一张图就可容易地求出发射率及其大气影响；当发射率和大气辐射确知时，本方法的精度可高于０．１℃。     

垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。     

HJ-1B热红外辐射定标对地表温度反演的影响

辐射定标是地表温度反演的关键环节。在实际应用中,定标参数的选取直接影响辐射定标结果。由于卫星在轨定标系统的灵敏度会随时间发生改变,这使得实际的辐射定标存在不确定性。本文基于单波段热红外辐射传输方程给出了辐射定标影响地表温度反演的敏感性分析模型,并重点对HJ-1B热红外波段的辐射定标问题及其对地表温度反演的影响进行讨论和分析。敏感性分析模型显示,在一般的情形下,辐射定标偏差与地表温度反演误差的比值在数值上约为1∶11,即0.1个单位(W·m–2·sr–1·μm–1)的辐射定标偏差可能引起1.1 K左右的温度反演误差。由于对HJ-1B热红外波段定标参数的更新存在滞后,即使仅考虑相邻年份间的定标偏差,相应的地表温度平均绝对误差也在1.0—2.0 K左右。在更严重的情形下,因辐射定标偏差引起的地表温度误差甚至高达5.0 K以上。同时,分析结果也表明对HJ-1B的存档影像,无论使用其头文件中的定标参数还是当年公布的定标参数,定标后辐射亮度值的偏差均存在一定的不稳定性。针对当前在HJ-1B定标参数更新方面的不足,本文假定传感器辐射性能变化是匀速稳定的,相应地提出了线性内插修正法和线性外推法两个定标参数估计/修正方案。通过线性内插的方法进行辐射定标修正后,在一定程度上减小了误差的不稳定性,与MODIS B31波段的亮温相比,偏差在1.0 K以内(约为0.5 K)。当定标参数尚未公布时,由线性外推法修正后的辐射定标结果所得亮温的偏差约为1.0 K。与在大亚湾核电站附近海域进行的一次卫星同步观测(2011年12月18日)相比,经两个方案修正后的海表温度偏差分别约为0.2 K和0.7 K。案例分析的结果表明,在现阶段,线性内插修正法和线性外推法是简单有效的,可供用户在实际应用中参考和使用。     

支持向量机的北京城市热岛模拟:热岛强度空间格局曲面模拟及其应用

将支持向量机(SVM)曲面拟合算法引入城市热岛强度曲面模拟研究,以MODIS的地表温度产品(LST)数据为例,对2006～2008年北京地区城市热岛强度进行支持向量机(SVM)曲面拟合.敏感性分析和精度评价表明该算法精度较高,能够用来表征城市热岛的空间格局特征.应用结果表明,凭借该算法可对地表城市热岛制图.在年内和年际...     

用遗传算法反演连续植被的组分温度

由于热红外多波段数据间具有高度的相关性和混合像元的大量存在，使得多波段陆面温度反演精度难以提高，并且难以得到组分温度信息。在连续植被热辐射方向性规律上的基础上，以喜直型连续植被为例，进行了大量的Monte-Carlo模拟，建立了组分有效比辐射率与土壤表面比辐射率和植被叶面积指数之间的经验函数关系，并以此构造目标函数，采用遗传算法，从热红外多角度数据中，同时反演混合像元组分温度和土壤比辐射率以及叶面积指数。通过对模拟的观测数据进行遗传算法反演的大量试验，结果表明，遗传算法反演组分温度非常稳健，在宽松的先验知识条件下，遗传算法可以解决不确定性反演问题。遗传算法反演结果和野外实测数据作了比较，证实了反演原理的正确性，为基于热红外方向性辐射模型反演组分温度，提供了新方法。     

采用热像仪测量玉米冠层半球方向亮温的四种方法比较

为了提高玉米冠层半球方向亮温（DBT）测量的准确性，对一套由工业用起重机平台和热红外成像仪组成的地面观测系统的四种测量方法进行了对比和评价。这些方法基于不同的测量原理：（1）通过移动起重机和平台，从不同的角度去测量一个样区的DBT；（2）固定起重机和平台的位置，通过旋转热像仪，从不同的区域收集不同角度的DBT；（3）对方法2的改进，转动热像仪朝向的同时，吊车沿作物垄行方向运动，得到大区域内平均的DBT；（4）当热像仪沿着垂直于垄行方向的起重机臂运动时，用高成像频率对目标热辐射进行采样。在对这些方法进行比较时，着重考虑了玉米冠层亮温分布的时间和空间变化所产生的影响，对本观测系统的优点和局限性进行了初步探讨。最后，本文从实际应用的角度，提出了一个基于这个系统且优化了的DBT测量方法。     

基于热红外遥感的四川省内江市城市热岛效应评价

利用四川省内江市1988年6月23日、2000年5月10日和2007年5月6日的Landsat TM/TM+热红外遥感数据,定量反演亮度温度,并利用均值-标准差法对温度进行分级.1988-2000-2007年间,内江市最大热岛强度分别为15.682℃,16.016℃和15.498℃;加权平均热岛强度分别为1.476℃,1.991℃和0.674℃;城市热岛比例指数分别为0.617,0.775和0.406.三个评价指标的变化趋势具有一致性,即先升高再降低,表明1988-2000-2007年间内江市城市热岛效应先增强再减弱.这说明2000年以来尽管城市化进程加剧,但是随着对城市生态环境保护的重视,城市化导致的热环境问题比2000年以前有所缓解.     

地表发射率不同的估算方法对地表温度的影响

随着遥感技术的日益成熟,用热红外波段反演地表温度的方法也日趋完善,其中一个关键参数--地表发射率的估算,直接影响着地表温度的反演结果。基于TM6的热红外波段,分别采用最常用的Van的地表发射率估算方法和综合了覃志豪与Sobrino的估算方法,对北京地区的地表温度进行了反演,并在此基础上对这2种估算方法所得结果进行了比较,从而为找出更为有效的地表发射率估算公式提供依据。结果表明,对于农林地2种估算方法都比较适合,但是对于水体和城市等人口密集地区,则需要和当地的实测数据进行比对,从而确定更为合适有效的估算方法,以得到更为精确的地表温度结果。     

高分五号热红外传感器多通道SST反演

2018-05高分五号（GF-5）卫星发射升空,其上搭载的全谱段成像仪在热红外8—13 μm谱段范围内具有4个温度反演通道（B09,B10,B11,B12）,空间分辨率设计优于40 m,在国内民用传感器领域实现了由单通道向多通道、中空间分辨率向高空间分辨率的跨越式突破,使得GF-5卫星热红外数据在地表热环境遥感领域具有极其重要应用价值。本研究基于GF-5的4个热红外通道的通道响应函数,利用全球742条TIGR（Thermodynamic Initial Guess Retrieval）探空廓线数据,进行不同观测角度、水汽含量和海表发射率条件下的MODTRAN4.0（Moderate resolution atmospheric Transmittance and Radiance code4.0)辐射传输过程模拟,基于模拟结果分别对两通道、三通道和四通道劈窗算法海表温度SST（ Sea Surface Temperature）反演系数进行修订,并分析观测角度、水汽含量和海表发射率对不同通道组合的精度影响,并通过GF-5卫星实际反演的SST结果进行验证。GF-5全谱段成像仪SST反演两通道劈窗算法组合共有6种,即B09-B10、B09-B11、B09-B12、B10-B11、B10-B12、B11-B12;三通道劈窗算法组合共有4种,即B09-B10-B11、B09-B10-B12、B09-B11-B12、B10-B11-B12;四通道劈窗算法组合1种,即B09-B10-B11-B12。通过对不同通道组合形式研究发现,水汽含量对SST反演精度有较大的影响,且温度反演的精度随着水汽含量的增加而降低;其次是观测角度,SST反演精度随着观测天顶角的增大而降低;最后是发射率的影响,两通道、三通道和四通道劈窗算法SST反演精度随着发射率的变化总体在0.1 K以内变化。最后以大亚湾核电站周围海域为验证区,用GF-5热红外遥感影像进行SST的反演并做误差分析,结果表明B09-B10通道SST反演实际误差为0.57 K,反演精度较高,实际误差与理论模拟误差相差0.24 K,差异的来源主要包括辐射定标和传感器噪声等要素影响,其他通道形式反演精度有待于传感器响应稳定后进一步验证。     

成都平原中等城市的热岛效应动态特征对比研究

城市热岛效应是当前城市气候与城市生态环境的研究热点。研究使用Landsat TM/ETM+遥感影像获取城市建成区信息和反演亮度温度,进而评价成都平原6个中等城市的热岛强度、热岛发育程度以及空间动态演变特征。研究发现,在"评价初期→评价中期→评价末期"过程中,成都平原6个中等城市的热岛强度前期增强、后期减弱;城市旧城区的热岛规模普遍减小,这说明,旧城区热环境有所改善,而城市扩展区的热岛规模普遍增大,是因城市扩展明显改变了地表自然环境,导致热岛效应出现,这与城市化进程的内在规律基本一致。绵阳等城市的研究成果表明,即使城市规模扩大,只要城市规划科学合理,并注重城市生态环境的保护,城市热岛效应也能得到有效缓解。