多源遙感反演大氣水汽和地表溫度研究

　　人口、資源、環(huán)境已成為影響中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。本書作者針對環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星紅外相機(jī)數(shù)據(jù)的定量研究和應(yīng)用需求，以大氣水汽和地表溫度反演為主要研究內(nèi)容，根據(jù)紅外相機(jī)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，研究了利用多種數(shù)據(jù)源反演提供大氣和地表參數(shù)的方法，開發(fā)了適合中國區(qū)域的針對環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星的寬通道地表溫度反演算法。大氣水汽在環(huán)境監(jiān)測和氣候變化研究中有重要意義。也是環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星地表溫度產(chǎn)品的重要輸入?yún)?shù)。筆者對多種數(shù)據(jù)源的大氣水汽反演方法進(jìn)行了研究：①利用改進(jìn)的Langlcy法對地基光度計進(jìn)行定標(biāo)，反演了大氣可降水量；②分析了Hypcrion反演大氣水汽的通道選擇，提出了改進(jìn)的多波段聯(lián)合反演大氣可降水量，誤差分析表明，儀器特性對于高光譜數(shù)據(jù)反演大氣水汽有重要影響。該方法可應(yīng)用于環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星超光譜成像儀的水汽反演：③MODIS分辨率較粗，地表反射率的非線性變化是影響水汽反演的主要誤差源，本研究在Terra-MODIS水汽算法的基礎(chǔ)上，提出區(qū)分水體、植被和其他地物，考慮通道響應(yīng)函數(shù)差異，得到了適合Tcrra和Aqua MODIS數(shù)據(jù)的水汽反演方法；④本研究比較了多種數(shù)據(jù)源反演水汽的結(jié)果，分析了水汽反演的誤差源，表明大氣模式對近紅外水汽反演影響很小。MODIS水汽數(shù)據(jù)可以達(dá)到環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星地表溫度反演精度要求；⑤利用地基和MODIS反演結(jié)果，分析了水汽日變化特征以及北京市大氣水汽空間分布特征。地表溫度是研究陸面過程和地表能量平衡的關(guān)鍵參數(shù)。筆者針對環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星紅外數(shù)據(jù)寬通道單波段以及寬視場的特點(diǎn)，提出了利用地面臺站和遙感數(shù)據(jù)結(jié)合提供大氣參數(shù)，以及紅外光譜庫結(jié)合可見光近紅外數(shù)據(jù)估算比輻射率。并改進(jìn)了已有的單窗算法和普適性單通道算法，進(jìn)而提出了環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星地表溫度反演的寬通道算法。首先，該方法利用標(biāo)準(zhǔn)大氣、TlCR數(shù)據(jù)、中國平均大氣模式和中國區(qū)域氣象臺站廓線數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射傳輸模擬，研究發(fā)現(xiàn)，如果考慮氣溫的影響．可以提高熱帶和中緯度地區(qū)透過率和大氣輻射計算的精度；其次，該算法改進(jìn)了單窗算法，考慮大氣上行輻射和下行輻射的差異，通過建立中國不同區(qū)域大氣下行和上行輻射的關(guān)系，對大氣效應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化，得到天底點(diǎn)地表溫度反演的寬通道算法；再次，分析了大氣透過率和大氣輻射的角度變化規(guī)律，解決了傾斜角度下大氣校正問題；*后，通過建立考慮光譜響應(yīng)函數(shù)的寬通道輻亮度模型反演出地表溫度。經(jīng)過分析傳感器光譜響應(yīng)特性對溫度反演結(jié)果影響，發(fā)現(xiàn)儀器光譜特性測量和儀器定標(biāo)對紅外定量研究有重要意義。通過算法的參數(shù)敏感性分析，結(jié)合氣象臺站廓線數(shù)據(jù)驗證，并以Landsat：ETM+數(shù)據(jù)為例利用順義實(shí)驗同步大氣探空數(shù)據(jù)和地面溫度測量數(shù)據(jù)，與單窗算法和普適性單通道算法進(jìn)行比較．表明本研究提出的寬通道地表溫度反演算法具有*高精度，適合于中國地區(qū)地表溫度反演。紅外遙感數(shù)據(jù)在環(huán)境和災(zāi)害研究中有重要應(yīng)用價值。MODIS數(shù)據(jù)通道較多，結(jié)合Terra和Aqua兩顆衛(wèi)星一天可以獲取同一地區(qū)多景數(shù)據(jù)。本研究提出了利用雙星MODIS紅外通道亮溫差的方法來監(jiān)測沙塵暴，對于研究中國北方沙塵暴的發(fā)生、起源以及動態(tài)變化有重要的意義。高分辨率紅外數(shù)據(jù)對城市熱環(huán)境研究有重要意義，本研究以特大城市北京市和西北干旱區(qū)的張掖綠洲為研究區(qū)，用TM／ETM+數(shù)據(jù)研究了城市熱島效應(yīng)，分析了地表溫度和下墊面的關(guān)系。本研究表明．環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星的紅外相機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)品在環(huán)境和減災(zāi)監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊前景。由劉三超、高懋芳*的《多源遙感反演大氣水汽和地表溫度研究》出版得到國家自然科學(xué)基金項目“基于時間序列多源遙感數(shù)據(jù)的旱災(zāi)損失精細(xì)評估模型研究”（基金編號41401606）資助。

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