第三讲（大气环境遥感）.pptVIP

大气遥感应用—城市热岛监测 持续的高温，不仅会使体弱者中暑，而且使人心律加快，引起情绪烦躁、精神萎靡、食欲不振、思维反应迟钝 城市热岛的存在给人们的生产、生活带来了诸多不利的影响 高温气候助长了多种病原体、病毒的繁殖和扩散，易引起疾病特别是肠道疾病、皮肤病的发生于蔓延 1980年7月，美国圣路易斯市和堪萨斯市遭遇罕见热浪，城市中受“热岛”控制的商业区，其人口死亡率分别上升了57%和64% 大气遥感应用—城市热岛监测 城市热岛研究的方法主要有4大类 1）通过城市和郊区的历年气象资料的分析来研究城市热岛的动态和现状 2）通过遥感数据，包括卫星遥感数据和航空遥感数据资料，通过计算机技术，解释热岛特征 3）通过建立数学模型，进行数学模拟 4）进行布点观测 大气遥感应用—城市热岛监测 直接用于温度反演的电磁光波的波段为热红外区，波长在8~14μm ，因此利用该波段的遥感也称为热红外遥感 卫星遥感技术能有效全面的探测到下垫面的温度特征，且能周期性、动态的监测城市热环境的变化趋势，是研究城市热岛效应的有效手段之一 热红外遥感所观测到的是地面目标的热辐射能量 所以通过对地表热辐射的观测，可以推测地面的温度状况，从而掌握地表的热存储状况 Ql=εбT4 Ql—地面目标的热辐射能量 大气遥感应用—城市热岛监测 实验方法是指在获取遥感影像的同时，对地面目标进行现场地温数据采集，利用采得的样点数据拟合影像灰度值与实际地面温度的经验函数 遥感技术在城市热岛研究领域的应用主要有两种方法：实验方法和理论方法 这种方法不需要进行复杂的理论推导，但必须在卫星获取数据的同时对预定的采样点进行地温数据采集 而且由于采用经验公式对地温进行反演，误差较大 大气遥感应用—城市热岛监测 理论方法是指利用遥感图像和有关参数建立模型，进行实际地面温度的反演，从而对城市热岛分布做出评价 传统上使用所谓的大气校正法 大气校正法也称辐射传导方程法，是通过MODTRAN(Moderate Resolution Transmission)等辐射传输方程模拟大气对热辐射传导的吸收作用以及大气上行和下行热辐射强度，然后把这一部分大气影响从卫星遥感器所观测到热辐射总量减去，得到地表的热辐射强度，最后把这一热辐射强度转化为相对应的地表温度。 大气遥感应用—城市热岛监测 大气校正法 假设地表和大气对热辐射具有朗伯体性质，大气下行辐射强度在半球空间内为常数，则这一热辐射强度可简化为： 大气遥感应用—城市热岛监测 大气校正法 这一方法虽然可行, 但实际应用起来却非常困难。 计算过程复杂 大气模拟需要精确的实时(卫星飞过天空时) 大气剖面数据, 包括不同高度的气温、气压、水蒸汽含量、气溶胶含量、CO2 含量、O3含量等等 大气遥感应用—城市热岛监测 对于所研究的区域而言, 这些实时大气剖面数据一般是没有的。 因此, 大气模拟通常是使用标准大气剖面数据来代替实时数据, 或者是用非实时的大气空探数据来代替。 由于大气剖面数据的非真实性或非实时性, 根据大气模拟结果所得到的大气对地表热辐射的影响的估计通常存在较大的误差, 从而使大气校正法的地表温度演算精度较差(一般 3℃)。 大气遥感应用—城市热岛监测 理论方法具体可分为单通道法、多通道法（分裂窗口法）、单通道多角度法和多通道多角度法 单通道法 Juan C. Jiménez-Mu?oz and José A. Sobrino对普朗克函数在某个温度值Tc附近作一阶泰勒级数展开，得到： Lsensor——遥感器接收到的热辐射强度 ——地表比辐射率 以TM影像为例 大气遥感应用—城市热岛监测 单通道法 1 =0.1471w2-0.1558w+1.1234 2 =-1.1836w2-0.3761w-0.5289 3 =-0.0455w2+1.8719w-0.3907 大气遥感应用—城市热岛监测 单通道法 参数 和 可由计算得到 大气遥感应用—城市热岛监测 一般情况下，与TM影像的像元所对应的数据是以灰度值（DN值）来表示的，DN值越大，亮度越大 对于TM6，亮度越大，表示地表热辐射强度越大，温度越高 如何从TM 6 数据中求算亮度温度 从TM 6 数据中求算亮度温度的过程包括把DN 值转化为相应的热辐射强度值, 然后根据热辐射强度推算所对应的亮度温度。 如何求取传感器接收到的热辐射强度Lsensor及亮温Tsensor 大气遥感应用—城市热岛监测 所接收到的辐射强度与其DN 值有如下关系 大气遥感应用—城市热岛监测 发射前TM6的预设常量为： 因此TM热红外波段辐射强度与灰度值之间的关系可简化为： 由于QDN为TM热红外波段灰度值，属已知数据，因此根据上式可以很容易的求算出相应的热辐射强度L（） 大气遥感应用—城市热岛监测 根据热辐射