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基于单通道算法的Landsat8卫星数据地表温度反演研究

杨学森  
【摘要】:地表温度(Land surface temperature,LST)作为地面能量平衡与水平衡中的重要参数,在地表与大气的能量交换过程中发挥着十分重要的作用,而利用遥感手段进行地表温度的反演对于气象气候、地质勘探、农业生产、生态保护等领域的相关研究具有十分重要的参考价值,尤其是近些年来,伴随着遥感技术的发展与进步,高空间分辨率和高时间分辨率的卫星数据为精确反演地表温度提供了极大的可能性,地表温度的反演正得到越来越多的重视与应用。Landsat8卫星于2013年2月发射升空,与之前发射的同系列卫星相比,它不仅继承了热红外通道高空间分辨率的特征,而且在其搭载的热红外传感器(TIRS)上首次引入了量子学红外光子检测技术,增强了TIRS对热红外波段的敏感性,从而更加有利于从大气温度中将地表温度分离出来,因而,同传统的卫星数据相比,Landsat8更加适合于用来对地表温度、热空间分布进行精确分析。针对目前利用Landsat8卫星数据进行热红外方向的相关研究还较少的情况,文中首先结合Landsat8卫星热红外传感器TIRS的TIR1波段的通道响应函数对Jim?nez-Mu?ozSobrino单通道温度反演算法重新进行了参数化,得到适用于Landsat8的全新的系数矩阵;然后根据Jim?nez-Mu?ozSobrino单通道算法的原理,对传统的辐射传输方程法中参数的获取方法进行了改进,彻底解决了辐射传输方程法在实际应用过程中对实时探空数据的高度依赖性问题;之后,结合Landsat8的模拟数据分别对两种单通道算法进行了精度评价与敏感性分析;最后选取同一年中不同季节的Landsat8影像数据,利用两种单通道算法分别进行海拉尔研究区地表温度的反演,并将算法反演得到的温度结果与研究区同步采集的地表温度值进行对比验证,结果表明两种单通道算法的温度反演结果与地面实测地表温度值的误差很小,从而证明了本文中两种单通道算法的可行性。此外,文中虽然通过大量工作完整实现了两种单通道地表温度的反演算法并且取得了理想的应用效果,但受到遥感数据和地面实测数据选择的局限性、研究区地表类型的单一性等问题的限制,使得本文的研究内容还有待进一步拓展。


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