基于MODIS数据的海表温度反演研究

摘要

海洋幅员辽阔，占地面积极大，约是全球面积的70％左右，海洋温度变化会在很大程度上影响地球的温度变化，因此，研究海洋表层温度至关重要。海洋蕴含着巨大的能量，海水的热容量非常大，其温度的微小变化在影响人类生存环境的同时，会给全球的天气带来非常大的改变，同时在一定程度上给局部地区的天气带来变化。
　　本文分析了海表温度反演算法的进程。在深入分析大量已有成果的同时，结合MODIS的特点，以MODISL1B遥感影像数据作为数据源，以南海地区为示范区，对海表温度反演的过程作了一系列的研究。具体内容如下:
　　(1)以Terra-MODIS数据作为数据源，基于如今已有的结果，通过对比和分析，最终从众多的反演算法中，选出最适合本文研究区域的海表温度反演算法，然后应用覆盖研究区域的实测数据做反演实例结果的检验。
　　(2)云是造成红外反演误差的主要原因之一，因此，在反演之前，本文做了云的检测处理;由于海洋和陆地在红外波段发射率差异较大，会对反演SST造成影响，因此，本文做了陆地水体分离处理。
　　(3)对于海表温度反演软件的设计和实现，以VS2010为集成环境，基于C＃语言进行界面设计，结合ArcGIS和ENVI/IDL二次开发平台，建立海表温度反演软件。在设计软件的过程中，本文给出构建海表温度反演软件的关键技术、功能和界面的设计方案，并通过调用GIS组件来实现海表温度反演软件反演结果的制图输出。
　　(4)对于反演结果的验证和分析，以我国南海海域作为验证区域范围来进行。以2014年2月4日标准时间0250的影像和2014年8月8日标准时间0245的影像为例，利用软件进行海表温度计算，处理结果表明，此结果可以真实地反映试验范围内温度的分布。用浮标测量值作为验证，结果显示，反演结果与实测数据的相关系数约为0.92，平均误差MRE为0.69℃，均方根误差RMSE为0.41℃，最小误差为0.039℃，最大误差为1.354℃。表明了本文软件采用的海表温度反演算法能够适用于我国海域，反演结果以期对海洋开发和探测提供一定的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 遥感的发展及意义

1．1．2 海表温度反演的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究区域概况

1．3．1 地理位置

1．3．2 气候特点

1．4 本文的主要内容及技术路线

1．5 论文的结构

第二章 热红外遥感反演海表温度的基本理论和方法

2．1 电磁波谱

2．2 热辐射的基本概念和定律

2．2．1 表征辐射特性的基本概念

2．2．2 有关温度的概念

2．2．3 热辐射的基本定律

2．3 热红外遥感温度反演与大气窗口

2．3．1 大气辐射传输方程

2．3．2 温度反演窗口的选择

2．4 热红外辐射计反演SST的原理和常用方法

2．4．1 热红外辐射计反演SST的原理

2．4．2 单通道法

2．4．3 多通道法

2．4．4 多角度法

2．5 本章小结

第三章 数据处理及海表温度反演

3．1 MODIS数据及其处理

3．1．1 MODIS传感器及其介绍

3．1．2 MODIS图像的存储和访问

3．1．3 反射和辐射定标

3．1．4 亮温计算

3．2 其他算法及处理结果

3．2．1 几何校正及其结果

3．2．1 云检测算法及处理结果

3．2．3 海陆分离算法及处理结果

3．3 海表温度反演算法及结果

3．4 本章小结

第四章 海表温度反演及其软件实现

4．1 软件用到的技术

4．1．1 制图输出

4．1．2 C#与IDL和ArcGIS混合开发

4．2 软件设计原则及开发运行环境

4．2．1 软件设计原则

4．2．2 软件开发及运行环境

4．3 软件数据流程设计

4．4 软件功能模块设计

4．5 软件界面设计

4．6 软件实现

4．6．1 软件界面实现

4．6．2 遥感图像处理功能实现

4．6．3 GIS制图功能实现

4．7 本章小结

第五章 反演分析和评价

5．1 反演结果及分析

5．2 反演结果的精度验证

5．3 分析和讨论

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 工作总结及结论

6．2 未来工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢