基于热红外光谱和微波反演地表温度的研究进展

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1、万方数据第29卷，第8期209年8月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysisV01．29．No．8．pp2103—2107August，2009基于热红外光谱和微波反演地表温度的研究进展张佳华1，李欣1，姚凤梅2’3’，李先华31．中国气象科学研究院遥感与气候信息开放实验室，北京1000812．中国科学院研究生院地球科学院，北京1000493．t海大学空间遥感与空间信息科学研究中心，上海200072摘要地表温度(U汀)是研究地表和大气之间辐射和能量交换以及区域和全球尺度地表物理过程的重要参数

2、。卫星遥感技术在生态环境、水文、气象、地震、军事的应用研究，以及气候模式的辐射过程描述都需要获得准确的LST。光谱中的红外和微波对于探测LAST发挥莺要作用。文章综合分析了热红外波谱和微波遥感反演LST的研究进展，包括：利用热红外辐射温度表探测LST的方法，晴空条件下星载传感器的红外通道反演LST的单窗、分裂窗等反演方法，单通道和多通道算法，组分温度的反演方法，单通道多角度法和多通道多角度法，以及地表发射率e特性研究等。微波可以全天候探测地表，文章分析了被动微波波段遥感反演LST的方法。并对这些方法的优缺点、适用性及应用前景进行

3、了评述。关键词热红外；微波；地表温度；遥感反演；发射率中图分类号：TIV01文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000-0593(2009}08-2103—05引言光谱包括可见光、近红外、热红外、微波等波谱[1]，其中，近红外已广泛应用于植被、大气研究[2一]。而热红外、微波在探测地表温度(u汀)方面发挥着重要的作用。LST不仅可以直接估算长波辐射通量，还可以间接估算影响大气、海洋、陆地的潜热和显热通量，是研究地气系统辐射和能量平衡，地气相瓦作用的基本物理量。很多遥感应用如：干旱、高温、城市热环境、林火、植被、

4、冻土分布、水文、地震、军事监测，以及全球环流模式(GCM)和区域气候模型(RCM)的辐射平衡过程都需要提供LST时空信息。传感器直接测得亮度温度(TB)，经过大气修正和地表发射率(￡)修正后可得到LST，但该方法得到的LST往往误差较大，无法满足一些监测模型的要求。目前，国内外遥感LST主要利用热红外(TIR)，包括中红外(MIR，3～6肿)和远红外(FIR，6---15grn)数据，以及被动微波遥感数据(1rnrn～1m)。卫星遥感LST反演方法主要分为两类：一类是统计方法，主要是在实际工作中利用地面定标，根据实测处在卫星传感

5、器过境时的LST，来建立图像灰度值和LST的回归方程，求出I_ST图像。另一类是理论方法，该方法是通过求解辐射传输方程，来消除大气影响，从而求出LST，如分裂窗法‘引。本文对目前遥感反演LST的研究进展和存在的问题进行综述和分析。1利用TIR技术遥感LST1．1TIR辐射温度表测量U汀热量通过电磁辐射、热传导和对流在物体之间传输。任何物体只要温度不为绝对零度时，就会放射出能量。根据斯蒂芬一玻尔兹曼定律，已知物体发射率，就能通过测量物体发出的能量计算物体表面温度。手持红外辐射温度表则是利用该原理制成的[5]。1975年我国研制第一

6、台红外测温仪以来，先后研制了包括了多个TIR波段在内的多光谱扫描仪，并进行了相应的T取遥感应用研究，如岩溶区探水、Tm探矿、探地热、城市热岛、林火监测等均取得不少成果。由于地表是非朗伯体，其热辐射具有方向性，随着观测角度的大小和方向而改变。一般测量LST时采用较大的视野角。黄妙芬等[6]对地表辐射温度的热方向性进行了研究，分别建立了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，对LST进行计算。但是由于手持红外辐射温度表在实际收稿日期：2008-06-06．修订日期：2008-09-09基金项目：国家自然科学

7、基金项目(40641003，40771147)，。十一五”科技支撑计划课题项目(2006BAD045804)，。863”计划课题项目(2006AAl02213)和公益行业项目(GYHY20070628)资助作者简介：张佳华．1966年生，中国气象科学研究院研究员e-mail：zhanmh@c咖&cm丑gov．cn-通讯联系人e-mail：yaofm@gucagac．∞万方数据2104光谱学与光谱分析第29卷应用中是单点测值，不适合进行连续观测，而在实际操作中，需要将对Ⅸ汀的遥感的研究从“点”扩展到“面”上，因此，该方法有很大局限

8、性。1．2卫星传感器的热红外通道反演LST卫星红外传感器测量的是町以转化成大气顶亮度温度的辐射能，如果传感器被设计成在大气几乎透明(如，10．5～12．5tan)的一部分光谱段工作，获取LST并不困难。但事实上，大气并非全部透明，从而产生大气影响。且当地表不是黑