【摘 要】土壤热红外发射率光谱数据的准确获取是相关实验得以进一步准确分析的基本前提。文章介绍了采用FLUKE576红外测温仪和102F型傅里叶变换红外光谱仪观测漫反射金板和土壤表面的温度、辐亮度，进而使用黑体拟合法和光谱平滑迭代温度/发射率分离算法的原理对测量的原始数据进行分析得到精度较高的土壤表面的热红外发射率光谱的步骤和注意事项。文章可为土壤热红外发射率的相关测量提供参考。
　　【关键词】土壤；热红外；发射率光谱
　　一、原始数据的测量
　　实验的温度测量采用由福禄克公司生产的FLUKE576型红外测温仪。该测温仪可以使用TC-K型探针接触测量物体的表面温度，常温下的测量精度为读数的±0.75%或±2℃（取大值），显示分辨率为0.1℃。实验的光谱测量采用美国Design&Prototypes公司生产的102F型便携式傅里叶变换热红外光谱仪及其配套的漫反射金板，光谱仪光谱测量范围为2-16?m，光谱分辨率设置为4cm-1，工作环境温度为15-35℃。
　　（一）测量环境
　　热红外发射率光谱的测量应选择晴朗无云的天气，且入夜后至晚上九点的时间段内获得的数据更为稳定，这是因为这段时间土壤表面不受光照的影响，且大气辐射的影响也开始逐渐减弱，信噪比更高。
　　（二）测量流程
　　开始测量之前，要提前像杜瓦瓶内加满液氮，同时开机预热。测量时，首先要根据测量环境给设定黑体温度定标，一般设定一个低温和一个高温两个温度进行，并称低温时的黑体为冷黑体，高温时的黑体为热黑体，实验过程中根据实际情况一般设定低温为10℃，高温为30～40℃；这样设置是为了在大气温度定标和样品温度定标之间取得一个平衡，因为测量过程中大气的温度一般高于10℃，而土壤样品的温度一般在15～40℃，冷热黑体的温度设定可借助FLUKE576型红外测温仪对土壤表面温度的测量进行。
　　完成黑体定标后，应立即进行大气下行辐射的测量，完成后，应立即将FLUKE576型红外测温仪与漫反射金板放回保护盒内，随后进行土壤表面热红外波段辐亮度的测量.
　　二、光谱数据的拟合
　　实验过程中所得到的数据有实际测量时土壤表面的温度、冷热黑体定标文件、实际测量时漫反射金板的温度、大气下行辐射数据、土壤表面的辐亮度数据等，要得到土壤表面的发射率光谱，还需要借助仪器配套的光谱处理软件采用黑体拟合法拟合出温度和发射率曲线，再结合上述测定的数据采用光谱迭代平滑温度/发射率分离算法的原理进行土壤发射率的精确分离获取。
　　仪器配套的光谱处理软件中用于计算发射率的黑体拟合法采用的公式如下：
　　由于黑体拟合法以土壤发射率在7～7.5?m区间发射率为1作为前提假设拟合温度和发射率曲线，其反演出土壤的温度一般会失真（偏高或偏低），这种失真表现在发射率光谱在8～8.5?m区间内表现出明显的波动，这是因为此时的发射率光谱中含有大气光谱残留，且残留的程度与反演的温度值紧密相关，这种由于温度误差导致大气辐射影响土壤发射率光谱的现象可用于提高土壤温度和发射率的反演精度，具体操作方法是以0.1℃甚至更小的间隔逐步设定温度值，观察大气辐射残留的变化，最终获得大气光谱残留最少的土壤表面发射率光谱曲线作为实验数据进行下一步分析。如图所示，以本次光谱处理为例，应选择温度为21.6℃时的发射率光谱数据导出保存。
　　三、测量的注意事项
　　大气下行辐射和土壤表面辐亮度的获取过程受仪器周边环境影响较大，每次执行测量指令后，仪器会自动设定几秒钟的时间方便观测者走开两米远以减少测量干扰，当仪器发出“嘟”的一声时表示当次测量完成。
　　由于102F型便携式傅里叶变换热红外光谱仪在测量序列中为保证观测目标稳定不便移动，因此当次测量完毕关掉电源后需要根据实际情况采取相应的遮蔽措施以防止仪器在阳光下过热而影响观测性能。
　　参考文献
　　[1] 陈晓玲，赵红梅，黄家柱等.遥感原理与应用实验教程[M].科学出版社，2013.
　　[2] Borel C.Surface emissivity and temperature retrieval for a hyperspectral sensor[J].USA，1998.
　　[3] 程洁，柳钦火，李小文等.基于相关性的热红外温度与发射率分离算法[J].中国科学（D辑：地球科学），2008（02）：261-272.