中红外双通道地表温度反演方法研究

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1、—R——e—t——r—i—e—v——a—l——o——f——L——a—n——d———S—u—rfaceTemperaturefromTwo．Mid．infraredChannelsByZhaoEnyuAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofSignalandInformationProcessingAcademyofOpto--ElectronicsCh

2、ineseAcademyofSciencesMay'2013学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。作者签名翘恩雪日期：≥。／笋上月>7日学位论文使用授权说明本人完全了解培养单位关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照培养单位要求提交学位论文的印刷本和电子版本；培养单位有权保存学位论文的印刷本和电子版本

3、，并提供目录检索与阅览服务；培养单位可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文：在不以赢利为目的的前提下，培养单位可以公布论文的部分或全部内容。(保密论文在解密后遵守此规定)作者签名嵇恩驽新签名：南唰日期咖垆r月1日摘要中红外双通道地表温度反演方法研究地表温度(LandSurfaceTemperature，LST)是地表能量平衡中的一个重要参数，在地．气相互作用过程中扮演着十分重要的作用，在气象、地质、水文、生态等众多领域有着广泛的应用。高精度的地表温度有利于全球变化监测、地表过程模拟、环境与灾害监测与管理等相关领域的研究。近年来，

4、国内外学者提出了很多针对热红外数据或者中红外与热红外数据联合地表温度反演方法。然而，到目前为止，并没有一种仅利用中红外数据进行地表温度反演的方法。与热红外(8．141am)数据相比，尽管中红外(3-5inn)波谱区受到太阳辐射和地表热辐射的共同影响，增加了温度反演的难度，但是中红外也有其自身的优势：中红外部分谱段位于大气窗口，具有较高的大气透过率，而且中红外对地表比辐射率的敏感性更低。因此，考虑到中红外数据自身的优势特点，本文利用中红外双通道数据，基于中红外白天和夜间大气辐射传输方程，探索中红外白天数据太阳直射辐射的估算方法，并借鉴热红外

5、劈窗算法基本思想，利用中红外相邻通道对大气吸收特性的差异性，建立了宽通道组合(3．4．29m和4．5．5．1lam)和窄通道组合(3．746．4．0841am和4．418．4．7851ma)两种模式下的中红外白天／夜间双通道数据地表温度反演算法，并对模型进行了详细的敏感性分析；最后，为了验证模型的适用性，将本文提出的反演算法应用于机载AHS飞行数据的地表温度反演。研究成果如下：1)对于中红外夜间数据，假设地表比辐射率已知，利用相邻两个中红外通道对大气吸收作用的差异性，通过两个通道测量值的各种组合来剔除大气的影响，发展了仅利用中红外双通道夜

6、间数据的地表温度反演算法。模拟结果表明，宽、窄通道组合下地表温度反演误差分别在O．6K和0．3K以内。敏感性分析结果表明，噪声等效温差、地表比辐射率误差和大气水汽含量误差分别为0．2K，0．01和10％时，宽通道组合下地表温度反演误差分别约为0．5K，0．7K，O．6K；窄通中红外双通道地表温度反演方法研究道组合地表温度反演误差分别约为0．3K，0．4K，0．3K。2)对于中红外白天数据，温度反演算法分两步，在假设地表朗伯和比辐射率己知前提下，首先建立了基于大气水汽含量、太阳和观测天项角的太阳直射辐射估算方法；其次，引入劈窗算法思想，消除

7、残余大气辐射影响，利用中红外白天数据反演地表温度。模拟结果显示，太阳直射辐射的估算误差为2％以内；宽通道组合下温度反演RMSE在1．6K以内；窄通道组合下温度反演误差在0．6K以内。敏感性分析结果显示，噪声等效温差、地表比辐射率误差和大气水汽含量误差分别为0．2K，0．01和10％时，宽通道组合地表温度反演误差分别为0．8K，2．5K，0．8K；窄通道组合地表温度反演误差分别为0．5K，3K，0．3K。3)为了检验本文提出的算法精度，本研究将窄通道温度反演算法应用于机载AHS中红外双通道数据，并利用地面实测数据对反演结果进行了验证。结果表

8、明，对于植被和裸土来说，夜间数据和白天数据地表温度反演结果与实测数据相差分别约为1K和1．5．3K；对于水体温度反演来说，反演值与测量值之间的差距为0．7K左右。综上所述，本研究提出的两种通道