基于MODIS数据探讨玉树Ms7.1级地震前后地表温度变化

论文摘要

卫星热红外遥感技术具有观测范围广、信息量大、获取信息快和长期连续等特点广泛应用在城市热岛效应、森林火灾、旱灾监测等领域。国内外学者发现，岩石破裂过程中存在温度场的变化，中强地震前的卫星热红外周围出现温度异常，因此，热红外遥感技术应用于地震是一项有意义的探索。本文基于热红外物理与地表温度反演理论，从中等分辨率成像光谱仪MODIS数据获取、数据预处理、反演方法与算法推导、编程实现等方面进行了系统研究，以玉树地震为案例，探讨地震前后的温度场变化。论文主要包括以下内容：（1）基本理论与数据获取。分析掌握地表温度反演的基本概念及其理论知识，MODIS探测器特点、数据存储格式，辐射校正和几何校正等预处理方法。（2）地表温度反演方法研究。基于MODIS数据的地表温度反演方法有大气辐射传输理论方法、单窗算法和劈窗算法。分析各种方法及其实现，根据方法的先进性以及地震观测技术精度高等实际需要选择劈窗算法作为本文的研究方法。（3）算法推导及其程序实现。对劈窗算法进行详细的推导，明确各参数之间的关系，在ENVI+IDL二次开发平台上实现。（4）探讨玉树地震前后温度场变化。了解青海玉树地震震源区基本构造地质背景、气象情况，对反演温度进行精度分析，分析地震前后是否存在温度异常变化。通过上述研究工作，论文的结论有：（1）由于目前MODIS数据的热红外波段空间分辨率为1000m，单位象元内存在多种植被，直接影响地表植被的比辐射率，从而影响反演结果。（2）对反演地表温度精度进行验证，得到的温度和玉树气象台站的温度变化区域基本相符。（3）地震震源处的温度比周围的温度低，而不是偏高，是由地下流水变化或者是断裂等原因造成，需要进一步研究。总之，由于红外遥感反演地表温度受地形、地物、气象、卫星精度较低等影响，没有发现玉树地震前后温度异常变化。

论文目录

• 个人简历
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热红外遥感应用领域研究现状
• 1.2.1 热红外遥感在城市热岛效应研究
• 1.2.2 热红外遥感在森林火灾研究
• 1.2.3 热红外遥感在旱灾监测研究
• 1.2.4 热红外遥感在地震领域研究现状
• 1.2.5 国内热红外遥感在地震研究现状
• 1.3 主要内容及论文结构
• 1.4 论文结构
• 第二章 地表温度反演基本理论
• 2.1 地表温度反演基本概念
• 2.1.1 大气窗口
• 2.1.2 Planck 函数
• 2.1.3 地表比辐射率
• 2.1.4 植被指数
• 2.1.5 大气透过率
• 2.1.6 地表温度、辐射温度和亮度温度
• 2.2 地表温度反演理论基础
• 2.3 本章小结
• 第三章 EOS/MODIS 数据及预处理
• 3.1 EOS 计划中的 TERRA 和 AQUA 卫星
• 3.1.1 TERRA 卫星
• 3.1.2 AQUA 卫星
• 3.2 MODIS 探测器
• 3.2.1 系统设计
• 3.2.2 探测器特点
• 3.2.3 MODIS 1B 数据存储格式
• 3.2.4 MODIS 数据产品
• 3.3 MODIS 数据预处理
• 3.3.1 辐射校正
• 3.3.2 几何校正
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 MODIS 数据的地表温度反演方法
• 4.1 大气辐射传输理论方法
• 4.1.1 用 MODTRAN 软件模拟
• 4.1.2 6S 软件模拟
• 4.2 单窗算法
• 4.3 劈窗算法
• 4.4 方法对比及选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 算法推导及其程序实现
• 5.1 劈窗算法的推导
• 5.1.1 针对于 MODIS 数据的劈窗算法
• 5.1.2 分裂窗算法各中间参数的计算
• 5.1.3 地表亮度温度算法推导
• 5.2 程序实现
• 5.2.1 软件介绍
• 5.2.2 劈窗算法程序实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于 MODIS 数据探讨青海玉树 Ms 7.1 级地震前后温度变化
• 6.1 青海玉树 MS 7.1 级地震
• 6.1.1 基本情况
• 6.1.2 地质构造背景
• 6.2 研究区域的选择及其气象情况
• 6.3 青海玉树 MS 7.1 级地震地表温度探讨
• 6.3.1 区域选取及其预处理
• 6.3.2 资料选取及其反演
• 6.3.3 综合分析结果和存在的问题
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献