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地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法研究一、本文概述本文旨在探讨和研究地表温度与近地表气温的热红外遥感反演方法。
随着遥感技术的快速发展，热红外遥感已成为获取地表温度信息的重要手段。
地表温度是地球表面与大气之间热交换过程的关键参数，对于理解地表能量平衡、气候变化、城市热岛效应等具有重要意义。
近地表气温作为地表与大气层之间的重要参数，对气象学、气候学、环境科学等领域的研究也具有重要作用。
本文将首先介绍热红外遥感的基本原理和方法，包括热红外辐射的基础理论、遥感传感器的选择和使用、遥感数据的获取和处理等。
在此基础上，我们将详细阐述地表温度和近地表气温的热红外遥感反演方法，包括遥感图像的预处理、辐射定标、大气校正、温度反演等步骤。
我们还将探讨不同反演方法的优缺点和适用范围，以及在实际应用中可能遇到的问题和解决方案。
本文还将对地表温度和近地表气温热红外遥感反演方法的应用进行综述，包括在气象学、气候学、环境科学、城市规划等领域的应用案例和研究成果。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴，推动热红外遥感反演技术的发展和应用。
二、理论框架与基本原理地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法研究的理论框架主要基于热红外辐射传输理论、地表能量平衡原理和遥感反演算法。
这些理论共同构成了从卫星或航空遥感平台获取的热红外数据到地表温度或近地表气温的转换过程。
热红外辐射传输理论描述了热红外辐射在大气中的传播和与地表相互作用的过程，是遥感反演地表温度的基础。
地表能量平衡原理则提供了地表与大气之间能量交换的理论依据，是理解地表温度动态变化的关键。
遥感反演算法则是根据热红外数据和大气参数，结合辐射传输模型和地表能量平衡模型，反演出地表温度或近地表气温的方法。
在热红外遥感中，地表和大气发射的热红外辐射包含了丰富的温度信息。
地表温度可以通过测量地表发射的热红外辐射强度，结合大气参数和地表发射率，利用辐射传输方程求解得到。
遥感技术专题——热红外遥感(TM数据反演地表温度，转自邓老师博客)2011-08-14 21:12:55| 分类：RS | 标签：|字号大中小订阅热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段，可以获取地球表面温度，在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。
由于热红外遥感涉及知识多而且深，特别是地表温度反演，需要大气传输、几个定律等方面的知识，本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法，能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。
本文主要包括：●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感（infrared remote sensing ）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。
这是一个狭义的定义，只是说明的数据的获取。
另外一个广义的定义是：利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。
热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。
如下图为黑体的辐射光谱曲线（不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线），常温的地表物体（300K 左右）发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，即地表热辐射。
热辐射不仅与物质温度的表面状态有关，物质内部组成和温度对热辐射也有影响。
在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm 两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。
热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。
2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深，下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。
●辐射出射度单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是wm-2●辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度(Radiance)，单位是瓦/平方米*微米*球面度()。
DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.047利用遥感技术的地表温度反演及时空演变分析＊胡干新，谢民民（江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000）摘 要：随着城市的快速发展，城市热岛效应也越发受到人们的关注。
基于Landsat 系列卫星影像，采用辐射传输方程算法对南昌市地表温度进行反演，并利用均值-标准差法对地表温度进行热岛效应分级研究。
结果表明，南昌市热岛效应的区域面积不断增加，并存在低温区向高温区进行转换的现象；城市内植被和水体的合理布局对热岛效应具有一定的缓解作用，而不透水面的增加会加剧城市热岛效应。
关键词：城市热岛效应；温度反演；热岛分级；不透水面中图分类号：P413 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0157-04——————————————————————————＊［基金项目］江西省研究生创新专项资金项目（编号：YC2021-S561）城市热岛效应这一概念的出现，在一定程度上引起了人们对热岛现象的关注。
而热岛效应随着城市的发展越来越明显，对人类的生活影响也越来越显著，更加让人们意识到研究城市热岛效应的重要性。
周淑贞（1990）[1]曾利用上海10年内的气候资料，研究发现人口、建筑物和能源都是城市热岛效应越来越明显的主要影响因素。
但是对于形成热岛效应的影响因素较多、范围较广、方式较为复杂，以至于现今人们对于城市热岛效应的研究只能从单个方面或者几个方面去研究分析。
利用遥感技术研究城市热岛效应，具有获取数据方便、能同时获取研究区域的影像数据等优点，是目前主要的研究手段。
BORNSTEIN ＆LIN （2000）[2]及姚远等（2018）[3]通过研究发现，城市高温热场的存在会在一定程度上增加城市的温度，从而促成全球变暖。
又有中国学者姜允芳和黄静（2022）[4]、王煜等（2021）[5]、何泽能等（2022）[6]通过研究发现，热岛效应会改变城市的一些气候现象，如结霜日数及结霜量[7]。
遥感之热红外遥感前段时间有⼈问到关于热红外遥感的相关内容，发现这⼀部分内容还挺杂的，在这⾥对热红外遥感的⼀些概念以及常⽤的⼀些⽅法进⾏说明。
地表热红外辐射及⽐辐射率的⽅向性问题、温度与⽐辐射率的分离问题、⾮同温像元的分解问题等等，⼀直是热红外遥感中⽐较现实的⼀个难点，因此⽬前很多理论和模型，以及⼀些反演结果的精度在实⽤性上还是有很⼤的差距。
概念⽐辐射率：物体发射能⼒的表征，与物体的表⾯组成以及表⾯状态、介电常数都有密不可分的关系。
物体的发射率和它的反射率之间的关系：反射率越低，其发射率越⾼，如⾦属⽚反射热能，因⽽它的发射率⼏乎为1。
热红波段理论上来讲热红外的波段是在3~14um，但是由于⼤⽓的吸收散射，这个波段范围内的很多波谱区间会被完全散射或吸收，根据测定，常⽤的热红外波段的⼤⽓窗⼝分为3~5um、8~14um。
通常这两个波段的应⽤⽅⾯是按照波段的特点来区分的：8~14um主要⽤于调查⼀般物体的热辐射特性，探测常温下的温度分布、⽬标的温度场、进⾏热制图等。
如地热调查、⼟壤分类等⽐较宏观的⼀些调查信息的提取，但是对于⽕线、⽕点信息不是⾮常的敏感。
3~5um短波红外的热红外谱段，对⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别敏感，常⽤语捕捉⾼温信息进⾏各类⽕灾、活⽕⼭等⾼温⽬标的识别。
地表温度反演算法地表温度的反演⼀直是关于热红外研究的⼀个热点问题，根据学者们对于热红外的研究成果，常⽤的地表温度反演可以分为⼤致的以下⼏类：单通道法、多通道法、单通道多⾓度法、多通道多⾓度算法等。
单通道法单通道法主要是利⽤传感器的单个通道数据，借助于卫星遥感提供的⼤⽓垂直廓线数据如温度、湿度、压⼒等，结合⼤⽓传输⽅程计算⼤⽓透射率等参数，以修正⼤⽓对⽐辐射率的影响，从⽽得到地表温度，这种算法需要地表辐射率、⼤⽓廓线等参数来去获取地表温度。
多通道法（劈窗法）这⾥的意思是利⽤8~14um波谱范围内的⼤⽓窗⼝，通过对⽐10.5~11.5um、11.5~12.5这两个通道对⼤⽓吸收的不同，通过各种组合来剔除⼤⽓的影像，获取真实的地表辐射率等信息，这种⽅法相对来说⽐较常⽤。
热红外地表温度遥感反演方法研究进展一、概述随着遥感技术的快速发展，热红外遥感已成为获取地表温度信息的重要手段。
地表温度，作为反映地球表面热状况的关键物理量，不仅影响着大气、海洋、陆地等环境物理过程，还是研究土壤含水量、作物干旱程度、地表蒸散等生态要素以及城市热环境等环境要素的关键参数。
热红外遥感地表温度反演方法的研究与应用，对于全球气候变化监测、城市规划、农业管理等多个领域具有重要意义。
热红外遥感地表温度反演方法主要包括利用红外辐射温度表探测地表温度的方法，星载传感器的红外通道反演地表温度的单窗、分裂窗等反演方法，组份温度的反演方法，以及在微波波段遥感反演地表温度的方法等。
这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，不仅有助于理解各种方法的原理和应用，还能为实际应用中选择合适的方法提供指导。
近年来，随着遥感技术的发展和数据处理技术的进步，热红外遥感地表温度反演方法的研究取得了显著成果。
一方面，传统的反演方法如辐射传输模型法、单窗算法等不断得到优化和完善，提高了反演的精度和稳定性另一方面，新的反演方法如基于机器学习的反演算法等也逐渐崭露头角，为地表温度反演提供了新的思路。
热红外遥感地表温度反演方法仍存在一些挑战和问题。
例如，大气条件对地表温度反演的影响仍是一个难点问题不同地表类型的发射率差异也会对反演结果产生影响遥感数据的获取和处理也是制约反演精度和效率的重要因素。
未来的研究需要在提高反演精度和稳定性的同时，更加注重解决这些挑战和问题。
本文将对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，重点介绍各种反演方法的原理、优缺点以及应用情况。
同时，还将对未来的研究方向进行展望，以期为热红外遥感地表温度反演方法的发展和应用提供参考和借鉴。
1. 介绍热红外地表温度遥感反演的重要性。
随着全球气候变化和环境问题的日益凸显，对地表温度的准确监测和评估变得至关重要。
热红外地表温度遥感反演技术作为一种非接触、大范围、快速的地表温度获取方法，其重要性日益凸显。
“遥感反演方法”资料汇编目录一、地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法研究二、陆表定量遥感反演方法的发展新动态三、太阳诱导叶绿素荧光的卫星遥感反演方法研究进展四、植被叶面积指数与叶片聚集度系数遥感反演方法研究五、冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演方法对比六、水体叶绿素a浓度遥感反演方法研究进展地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法研究随着全球气候变化问题的日益突出，对地表温度和近地表气温的监测和反演已经成为地球科学领域的重要研究课题。
热红外遥感作为一种非接触、高分辨率的遥感技术，能够获取地表的热辐射信息，为地表温度和近地表气温的反演提供强有力的数据支持。
本文将探讨地表温度与近地表气温热红外遥感反演方法的研究现状和发展趋势。
热红外遥感是通过接收地物辐射的电磁波信息，对地物进行识别、分类和监测的一种遥感技术。
在热红外遥感中，地物的辐射主要受到其自身的温度、发射率、以及大气透过率的影响。
这些因素的综合作用，使得不同地物在热红外图像上呈现出不同的亮度。
因此，通过分析热红外图像，我们可以获取地表的温度信息。
地表温度是热红外遥感的主要目标之一。
通过对热红外图像的分析，我们可以得到地表的温度信息。
常用的地表温度反演方法包括单窗算法和多窗算法。
单窗算法：单窗算法是一种基于热红外图像直接反演地表温度的方法。
该方法利用地表的热辐射强度和温度之间的关系，通过建立数学模型，将热辐射强度转化为地表温度。
单窗算法简单易用，但受限于大气透过率和地表发射率的影响，其精度有待提高。
多窗算法：多窗算法是一种考虑了大气透过率和地表发射率对地表温度影响的反演方法。
该方法通过对热红外图像进行多个波段的分离和归一化处理，考虑了不同波段下的大气透过率和地表发射率的差异，提高了地表温度反演的精度。
近地表气温是反映大气和地表之间能量交换的重要参数。
通过对近地表气温的监测和反演，可以深入了解气候变化的过程和机制。
常用的近地表气温反演方法包括基于气象站观测的数据同化和遥感反演两种方法。
一、项目名称：地表温度热红外定量遥感反演理论与方法二、推荐意见：地表温度遥感反演与验证是遥感科学界公认的重大难题。
针对这一难题，该项目首创了“局部分裂窗”地表温度反演法、中红外与热红外协同反演地表温度的“日夜法”、“基于辐射能”地表温度验证法、基于地表温度-植被指数特征空间的地表能量分层切割以及“干湿边自动确定法”。
该项目研究成果成功应用于中国风云卫星数据的地表温度反演和全国农业墒情监测。
拟推荐国家自然科学奖二等奖。
三、项目简介：地表温度是反映地球表面能量流和物质流时空变化最敏感的综合指标，在农业、气象、水文、生态等领域中均具有非常重要的作用。
热红外遥感可高时效获取区域或全球尺度地表温度。
然而，由于存在大气辐射校正、地表温度与比辐射率分离以及地表温度真实性检验等困难，地表温度的遥感反演与验证成为遥感科学界公认的难题。
项目通过理论创新、模型构建、真实性检验等环节研究，攻克了这一难题，实现了热红外遥感地表温度的精确获取和有效应用，引领了热红外定量遥感研究的发展方向，推动了遥感科学的发展。
1、开创了地表温度“局部分裂窗”遥感反演的先河。
基于热红外相邻通道大气光谱吸收的差异，引入地表比辐射率的变化信息以及地表和大气信息分组的思路，率先提出了“局部分裂窗”概念，创立了普适的“局部分裂窗”地表温度反演方法，解决了地表温度、比辐射率与大气参数解耦的难题，成为现今广泛使用的、比辐射率已知的“分裂窗”地表温度反演方法原型。
2、引领了地表温度热红外定量遥感研究的发展方向。
通过引入中红外通道数据来降低方程间的相关性、使用白天和晚上多时相观测数据来增加信息量，突破了温度反演方程病态的瓶颈，首创了中红外与热红外协同反演地表温度的“日夜法”，实现了像元尺度地表温度和比辐射率的同时精确反演，奠定了地表温度和比辐射率同时反演的理论和方法基础。
3、开辟了像元尺度地表温度遥感反演产品验证的新途径。
基于大气廓线比地表温度具有较强空间代表性的特点，率先提出了“基于辐射能”遥感反演地表温度验证方法，克服了遥感反演温度验证需要地面同步测量地表温度的局限，突破了传统验证方法仅适用于夜间和温度均一地表的限制，完善了遥感反演地表温度产品真实性检验的方法体系。
