基于ETM+热红外波段的南京地区地表温度反演算法研究

论文摘要

区域性的地表温度,是该地区热能量分布的重要参数,通过遥感影像获得是最便捷、最有效的方法。热红外遥感是遥感研究中的一个重要领域,而从热红外遥感图像中提取出温度信息是热红外遥感技术应用的前提。由于基于Landsat TM和ETM+的单窗算法和单通道算法迄今为止仅在很少的几个试验区使用过,其在更广范围内的适用性如何还需要做进一步的深入探讨。其次,单窗算法和单通道算法作为最常用的两种反演温度的算法,它们之间的对比分析鲜有研究。因此,本文通过对南京地区的同一幅遥感图像用这两种方法分别反演了地表温度,并对这两种算法进行了对比分析。并且,ETM+的信号处理部分设置了两种状态,即低增益状态和高增益状态,但这两种状态下反演的地表温度有什么差异还没有相关研究。本文在最后分别用这两种信号处理状态利用单窗算法和单通道算法反演了地表温度,以此比较了这两个状态反演的地表温度的差异。本文根据2000年6月南京地区（包括高淳和溧水）的Landsat 7 ETM+遥感影像分别在热红外波段的高增益和低增益状态利用单窗算法和单通道算法两种反演方法,在ERDAS的空间建模模块中建立起了一系列模型,进行地表温度的反演,并对地表温度的空间分布差异进行了分析。结果表明:（1）不同土地利用类型下垫面的地表温度有较大的差异。下垫面介质的热学特征、土壤湿度、植被覆盖度和人为热源是造成这种温度分布差异的内在原因。（2）这两种算法反演的地表温度总体比较接近,但单通道算法反演的结果要高一些,平均比单窗算法高1.3℃;两种算法反演的结果都比亮度温度高,其中,单窗算法比亮温高1.68℃,而单通道算法的这一差值为5.7℃。（3）低增益状态和高增益状态反演出的温度只有微小的差别,但低增益状态下的地表温度要比高增益状态下的略高一些。因此可以认为这两种工作状态都可用来反演南京地区的温度。本文最终选择高增益状态来反演地表温度。最后,论述了反演陆面温度存在的问题以及地表温度热红外遥感反演的发展趋势。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 地表温度反演综述
• 1.2.1 地表温度反演研究现状
• 1.2.2 地表温度反演存在的问题
• 1.2.3 地表温度热红外遥感反演的发展趋势
• 1.3 热红外遥感的应用
• 1.3.1 热红外遥感资料在地震预报中的应用
• 1.3.2 热红外遥感技术在旱情监测的应用
• 1.3.3 热红外遥感在地热资源探查中的应用
• 1.3.4 热红外遥感在城市环境中的应用
• 1.3.5 热红外遥感技术在气象方面的应用
• 1.3.6 热红外遥感技术在农业方面的应用
• 1.4 研究目标、内容与技术路线
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第二章 地表温度反演基础理论
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 自然状况
• 2.1.2 社会经济发展状况
• 2.2 遥感数据源
• 2.2.1 Landsat陆地资源卫星的历史
• 2.2.2 Landsat 4,5及TM简介
• 2.2.3 Landsat 7和ETM+介绍
• 2.3 热红外遥感的基础理论
• 2.3.1 相关的基本概念
• 2.3.2 地表的热红外特性
• 2.3.3 热辐射的基本定律
• 2.3.4 热红外辐射传输方程
• 2.4 地表温度反演方法
• 2.4.1 辐射传导方程法
• 2.4.2 单窗算法
• 2.4.3 单通道算法
• 2.4.4 多通道法
• 2.4.5 单通道多角度法
• 2.4.6 多通道多角度法
• 2.4.7 昼/夜法
• 第三章 基于ETM+热红外波段的地表温度反演算法研究
• 3.1 从ETM+数据中计算亮度温度
• 3.2 地表比辐射率的计算
• 3.2.1 地表比辐射率的估计方法
• 3.2.2 地表构成比例的确定
• 3.3 单窗算法反演地表温度
• 3.3.1 大气等效温度和大气透射率
• 3.4 单通道算法反演地表温度
• 3.5 ERDAS的空间建模
• 第四章 结果与分析
• 4.1 温度反演结果分析
• 4.2 地表温度的空间分布差异分析
• 4.3 两种反演方法的比较
• 4.4 两种反演方法反演的地表温度与亮度温度的比较
• 4.5 低增益状态（B61）和高增益状态（B62）反演温度的比较
• 第五章 论文总结
• 参考文献
• 致谢