【摘 要】
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高精度的地表温度(Land Surface Temperature)产品具有广泛的应用场景,对林业养殖、农业耕种、气象预报、城市热岛研究等领域有着深远意义。传统的地面观测难以获取大范围的地表温度,并且在时序上无法连续,因此不能反映真实的地表温度时空分布状况。遥感技术的飞速发展使得热红外遥感为获取大范围地表温度信息提供了新的途径。国产环境一号卫星(HJ-1B)热红外通道数据时间分辨率高,易获取,为我
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高精度的地表温度(Land Surface Temperature)产品具有广泛的应用场景,对林业养殖、农业耕种、气象预报、城市热岛研究等领域有着深远意义。传统的地面观测难以获取大范围的地表温度,并且在时序上无法连续,因此不能反映真实的地表温度时空分布状况。遥感技术的飞速发展使得热红外遥感为获取大范围地表温度信息提供了新的途径。国产环境一号卫星(HJ-1B)热红外通道数据时间分辨率高,易获取,为我们获取地表温度提供了新的数据源。目前,利用HJ-1B卫星进行地表温度反演,并对其精度进行验证的工作虽已开展,但是通常只是利用已知精度的其他卫星地表温度产品对反演结果进行对比分析,而没有进行定量的分析,因此,HJ-1B卫星的地表温度产品的应用范围有限。针对这一问题,本研究以甘肃省黑河流域多个类型下垫面为研究区,以2012至2018年间的HJ-1B热红外数据为研究对象,利用普适性单通道算法对荒漠、沙漠、戈壁、植被、农作物和湿地等典型下垫面进行地表温度反演,分别以黑河流域地面站点同步观测资料和MODIS地表温度产品进行真实性检验。由于本研究使用的数据时间序列较长,在对时序数据进行时谱维精度评定时,引入了相似性度量中的动态时间规整方法,验证该方法与其他评价指标在时序精度评定上是否具有一致性,为HJ-1B卫星地表温度反演产品的应用提供可靠的依据。本研究的主要内容及相关结论总结如下:(1)利用普适性单通道算法对覆盖研究区的HJ-1B卫星数据进行地表温度反演,并利用地面站点实测数据对反演结果进行精度验证和分析,结果显示反演产品在沙漠、荒漠和戈壁区域的精度最好,其偏差在1K以内、均方根误差在0.5K左右;对于植被和农作物区域的偏差在2K以内,均方根误差为1~2K;对于地表覆盖类型复杂的湿地区域,偏差在3K以内,均方根误差在3~4K。(2)利用MOD11A1地表温度对反演结果进行验证,结果显示对于下垫面为沙漠、荒漠的站点,反演精度最高,偏差值在1~2K;对于下垫面为植被或农作物的站点,反演结果与验证数据的差值在2K左右;对于下垫面为湿地的站点,反演精度较低。基于MODIS LST产品的验证精度稍低于基于地面的验证,但两种方法的验证结果差值在1~2K之间,结果表现一致。(3)研究区内下垫面类型较为丰富,并且包含大量植被,对于不同的下垫面分析其反演结果随季相的变化,结果显示下垫面为植被和农作物的站点在植被生长季时反演精度较低,在其他季节反演精度较高。因为在植被生长季节时,地表辐射率变化较大,对反演参数的计算有所影响。因此在对植被覆盖区域进行地表温度反演预测时,应该选择植被非生长季时相的影像。(4)由于研究数据时序较长,并且HJ-1B卫星数据与验证数据存在着时间不匹配问题,针对这一情况,引入动态时间规整对时序相似性做出评价,结果显示动态时间规整与其他现有评价指标表现一致,可以对时序不匹配的数据做出评价。这一方法可以充分利用丰富的验证数据。因此可以尝试将DTW(dynamic time warping,DTW)用于遥感影像的时序精度评价。综上,对HJ-1B卫星数据进行地表温度反演,并对结果进行了验证分析,结果表明普适性单通道算法的精度整体上可以满足要求。对于地表覆盖类型较复杂及变化较大的区域精度不太理想,对于尺度不匹配的验证数据和反演数据的尺度不匹配问题会对验证结果造成影响,将在接下来的工作中着力解决这些问题。
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