基于Landsat8数据的青藏高原地区地表温度反演研究

摘要

地表温度作为区域和全球尺度上陆地表面温度物理过程的一个关键参数，综合了所有地气相互作用和能量交换的结果。青藏高原大尺度复杂地形会影响太阳的地表辐射和地-气能量平衡，对东亚乃至全球的气候有着决定性作用。因此，开展青藏高原地表温度遥感反演研究有着重要意义。而Landsat8搭载的热红外传感器TIRS首次设置了两个热红外通道，可用于地表温度的精确反演。 本文利用多光谱红外辐射计CE312测得的青藏高原地表辐亮度，研究青藏高原不同地表类型的发射率。并利用辐射传输模型MODTRAN模拟TIRS两热红外通道的辐亮度数据集，分析覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、Jiménez-Mu(n)oz& Sobrino分裂窗算法以及Rozenstein&Qin分裂窗算法的反演精度与发射率敏感性，确定适用于青藏高原地区的地表温度反演算法;最后利用Landsat8/TIRS数据，反演了青藏高原地区聂荣县的地表温度并结合实测数据进行验证。 (1)利用2016年8-9月多光谱红外辐射计CE312对青藏高原地区实测的地表辐亮度数据，计算了不同覆盖类型的地表热红外发射率，通过与ASTER地物光谱库的对比分析以及不同测点同种地物实测热红外发射率的对比分析。结果表明:CE312五个通道实测的地表发射率与波谱库等效通道的发射率近似，同种地物的实测热红外发射率具有一致性，表明CE312能准确地测量地物的发射率。 (2)结合青藏高原的实测热红外发射率特征、以及独特地理环境下的不同大气状况、地表发射率状况等因素，使用大气辐射传输模型MODTRAN模拟建立了Landsat8/TIRS两热红外通道大气层顶的表观辐亮度与亮温的数据集。并对覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、Jiménez-Mu(n)oz& Sobrino分裂窗算法以及Rozenstein& Qin分裂窗算法进行了精度评价与参数敏感性分析，改进后的普适性单通道算法的平均绝对误差MAE为0.644、均方根误差为0.749，均为四种算法最低，且发射率敏感性仅次于覃志豪单窗算法，确定改进后的普适性单通道算法为青藏高原地区地表温度的最佳反演算法。 (3)基于改进后的普适性单通道算法，利用Landsat8/TIRS第10通道数据反演了青藏高原地区聂荣县的地表温度，并用该地区实时观测的地温数据对反演结果进行检验。反演结果与实测值的平均绝对误差MAE为2.062K，均方根误差RMSE为2.302K，这表明改进后的普适性单通道算法在青藏高原地区具有较高的反演精度。