Improvement of Mono-window Algorithm for Retrieving Land Surface Temperature from HJ-1B Satellite Data

The thermal infrared channel (IRS4) of HJ-1B satellite obtains view zenith angles (VZA) up to ±33°. The view angle should be taken into account when retrieving land surface temperature (LST) from IRS4 data. This study aims at improving the mono-window algorithm for retrieving LST from IRS4 data. Based on atmospheric radiative transfer simulations,a model for correcting the VZA effects on atmospheric transmittance is proposed. In addition,a generalized model for calculating the effective mean atmospheric temperature is developed. Validation with the simulated dataset based on standard atmospheric profiles reveals that the improved mono-window algorithm for IRS4 obtains high accuracy for LST retrieval,with the mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) being 1.0 K and 1.1 K,respectively. Numerical experiment with the radiosonde profile acquired in Beijing in winter demonstrates that the improved mono-window algorithm exhibits excellent ability for LST retrieval,with MAE and RMSE being 0.6 K and 0.6 K,respectively. Further application in Qinghai Lake and comparison with the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) LST product suggest that the improved mono-window algorithm is applicable and feasible in actual conditions.

城市建筑高度对热环境的影响——以武汉市武昌区为例

热岛效应是指城市相对于周围地区温度显著升高的一种现象。新一轮国土空间规划对城市热岛效应提出了新的要求,指出城市建筑高度是影响城市温度变化的主要因素之一。本文基于Landsat 8热红外遥感数据,利用单窗算法反演地表温度,利用激光点云数据提取建筑高度成果,按照标准将建筑分为不同的高度段,并将分段后的建筑高度与反演的地表温度相叠加,以分析建筑高度对热岛效应的影响强度。结果表明,武昌区2月份地表温度与建筑高度整体呈正相关关系,9月份地表温度与低层、中层和中高层建筑区间的温度呈上升趋势,高层、超高层建筑区间的温度呈快速下降趋势,说明武昌区冬季时建筑越高,地表温度越高,建筑越保暖;夏季时建筑越高,地表温度越低,高层建筑越散热。

城市建成区平面形态与城市热环境关联性研究--以西安市为例

随着我国城市化进程的快速发展,建设用地扩张引发的城市下垫面属性变化对城市热环境产生了日益严重的负面影响.以探究城市建成区平面形态与城市热环境的相关关系为研究目标,以西安市城六区为研究对象,基于Landsat遥感影像提取2002—2021年间的城市建成区边界并得出其平面形态的量化参数,同时通过地表温度反演计算出对应年份地表温度的各项指标,而后对两者进行相关性分析,结果表明地表温度最大值与建成区平面形态的面积、周长具有高显著性的相关关系,最终分别对两组数据通过曲线拟合建立数学模型并得出其具体的函数方程,为城市热环境的优化设计提供参考.

郑州市热岛效应及其影响因素研究

利用8期Landsat影像,采用单窗算法反演郑州市主城区地表温度,综合分析2001—2021年郑州市热环境变化情况。基于土地覆盖类型数据,利用单因素方差分析法,研究不同土地覆盖类型对应地表温度的差异性,以及不透水面丰度、归一化植被指数与地表温度的关系;对湿地公园建立地表温度缓冲区,研究湿地公园对热岛效应的缓解作用。结果表明,2001—2021年郑州市热岛面积先增加后减少,呈倒U型变化趋势;城市热岛效应受土地利用类型、植被覆盖等因素影响,不同土地覆盖类型对应的地表温度存在显著性差异,地表温度与不透水面丰度呈正相关关系,与归一化植被指数呈负相关关系,湿地公园对热岛效应有明显的缓解作用。

起重船海上风机单桩基础“运装分离”施工窗口计算

我国海上风电长期采用“运装分离”工艺路线进行大直径单桩基础施工,但缺乏大直径单桩施工窗口的量化分析研究。研究我国“运装分离”工艺路线的单桩基础施工工艺流程,探讨施工工艺的分解和阻碍起重船作业的因素,建立实际海况是否小于起重船限制作业海况条件和起重船运动是否可满足挂钩要求的两项起重船单桩基础施工耐波性衡准。采用基于时-频域联合计算的方法对“华西5000”起重船在广东粤西海域某海上风电场的施工窗口进行计算,结果表明:起重船是否满足挂钩作业条件是决定施工窗口的控制因素,冬季施工窗口比例远低于其他季节,但若起重船与运输驳船采用并靠和一字靠迎浪作业,冬季的施工窗口比例也可达60%以上。

陆地卫星TM6波段范围内地表比辐射率的估计

地表比辐射率是用热红外波段遥感数据反演地表温度的关键参数。目前,应用陆地卫星TM6波段数据反演地表温度共有3种算法,即大气校正法、单窗算法和单通道算法。这3种算法都需要TM6波段范围内的地表比辐射率作为地表温度反演参数。本文首先简介这3种反演算法;然后着重探讨TM6波段地表比辐射率估计方法;最后,利用这一方法对山东省陵县附近农田地区进行地表比辐射率估计和地表温度反演。结果表明,该方法能获得较合理的地表温度反演结果。

基于定量遥感技术的重庆市热岛效应

近年来,城市热岛效应不断增强,已经成为一个突出的城市环境问题。重庆市作为长江中上游特大型城市,工业发达,经济快速发展,市区热岛效应明显,但是很少对其研究。以2007年Landsat5 TM影像为数据源,利用单窗算法对重庆市城市地表温度进行反演,并进行城市地面亮温等级划分,在从城市土地利用类型、NDVI等方面对重庆市城市热岛效应强度和空间格局分布及其特征进行了探讨。结果表明:城区热岛现象显著,且分布不均匀;不同土地利用类型对热岛效应影响不同;城市地面亮温与NDVI呈明显的线性负相关关系。最后结合重庆市的特殊地形,提出了以下解决城市热岛效应的对策:加强城市规划,调整城市结构;构建最佳绿化结构,提高城市绿化率;改变能源结构,提高能源利用率,控制工厂废气排放量。

利用LANDSAT/TM热红外通道反演地表温度的三种方法比较

利用北京2004年1月28日、4月1日、4月17日、5月19日和7月6日过境的5景LANDSAT/TM影像和实测探空数据,分别运用大气辐射传输模型、覃志豪(2001)单窗算法和Jimёnez-Mu?oz&Sobrino(2003)单窗算法反演北京城区地表温度。通过对反演结果进行对比分析,结果表明,覃志豪(2001)单窗算法与基于探空数据的辐射传输方程法结果具有较好的一致性。提出在没有实时探空数据情况,对只有一个热红外通道的LANDSAT/TM数据源采用覃志豪(2001)单窗算法反演地表温度,精度是可以接受的。

利用环境一号卫星热红外通道反演太湖流域地表温度的3种方法比较

利用太湖流域2010年3月26日过境的1景环境一号卫星热红外数据(轨道号为451/77),根据同步modis数据反演大气水汽含量参数,分别利用覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、基于影像的Artis反演算法反演太湖流域地表温度,通过与同期的MOD11_L2级modis温度产品进行对比分析,探寻适合于环境卫星热红外通道反演地表温度的方法,以达到对环境一号卫星热红外数据定量化应用示范的目的。结果表明,相比其他算法,普适性单通道算法精度较高,与modis温度产品温差较小,为+1.23 K,而环境一号卫星过境时间与modis温度产品时差为39 min,因此该方法的反演精度可以接受。

干旱荒漠区土地利用变化对地表温度的影响

该文以Landsat TM遥感影像为主要数据源,获取了宁夏中卫市沙坡头区1992年和2007年的土地利用信息;利用单窗算法反演了对应时期该区域的地表温度(LST);据此分析了土地利用变化与地表温度变化之间的关系。结果显示:1)不同利用方式的土地的LST有显著差异,流动沙地的LST最高,其次是固沙用地、草原化荒漠等;2)过去15a间,研究区内最为明显的土地利用变化方向是"草原化荒漠转变为农田"和"流动沙地转变为固沙用地";3)"草原化荒漠转变为可灌溉农田"会导致LST明显下降,"草原化荒漠转变为压砂田"则会导致LST稍上升;4)"农田转变为城乡建设用地"会导致LST明显上升。

利用单窗算法反演喀斯特城市地表温度

针对桂林喀斯特城市快速扩展呈现的热岛问题，提出喀斯特山峰混合像元比辐射率估算方法，使单窗算法适用于喀斯特城市地表温度遥感反演。结果表明，地表温度反演值与测量值的误差在2。C内；桂林中心老城区的地表温度相对低于新开发区和城市南北部工厂区，地表温度随植被覆盖度的增加而降低，呈明显的负相关关系；水体的表面温度最低，约17。C，植被覆盖度较高的喀斯特山峰的地表温度较低，阴坡为18～19℃，而阳坡为22～24℃；水泥广场、大面积建筑区的地表温度较高，为32～35℃；厂房密集且生产过程释放热量的工厂的地表温度最高，为33～36℃，个别像元达到40℃。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的城市凉岛现象，对调节喀斯特城市气候环境具有重要作用。

使用单窗算法研究北京城区热岛效应

随着全球变暖和城市化进程的加快,大城市城区的热岛效应日益严重。城市下垫面对地表能量交换的影响巨大,引起地表温度分布的不均一性。遥感技术的发展为地表温度的反演提供了可能。近年来人们使用劈窗算法对均一的海面温度的反演很成功,但是受空间分辨率的限制以及陆面的不均一性,陆面温度的反演一直是一个没有解决好的问题。覃志豪提出了一种TM热红外波段单窗算法,可以利用辅助气象资料快速计算出地表温度。本文以北京市城区为研究区,采用LandsetETM第6波段的单窗算法,反演了亮度温度和地表实际温度,分析了城市下垫面情况下NDVI与地表温度的相关关系,并解释了北京城区热岛在空间上的分布及其可能的原因。结果表明:北京市城区热岛效应显著;地表温度与NDVI相关性显著;城区绿地和水体在区域的温度分布中起到重要作用。

针对TM/ETM^＋遥感数据的地表温度反演与验证

利用2001、2004、2005年水体、裸地、农田、草地上红外辐射计的观测数据,结合大气下行辐射与比辐射率数据,通过多种方法分别获取了像元尺度的地表温度实测值,并对基于TM/ETM+数据的3种遥感反演算法得到的地表温度进行地面验证。结果表明:3种遥感反演算法得到北京地区地表温度的空间分布趋势一致。与地面实测数据相比,辐射传输方程算法的结果略高于地面实测值,单窗算法的结果与地面实测值一致性最好,而普适性单通道算法的结果明显低于地面实测值。从单窗算法反演的北京市地表温度分布图中可以看出,北京城市热岛效应显著,总体上城区地表温度高于郊区,水体温度最低,而且不同下垫面的地表温度差异明显。

基于Landsat影像的南京地区热岛效应

以南京地区作为研究区域,利用Landsat TM的热红外波段作数据,通过单窗算法反演出地表温度,进而分析地表温度的空间分布差异情况以及由此引起的热岛效应。结果表明,在南京人口密集的城区存在明显的热岛效应,而水体和林地的温度比较低,两者地表温度差异达10℃以上。地表比辐射率与地表真实温度有密切关系,表明地表覆盖类型在地表热量分布中起重要作用。

基于Landsat TM的2001～2015年哈尔滨市地表温度变化特征分析

以哈尔滨市为例,基于2001年、2004年、2008年和2015年夏季Landsat TM 5/OLI 8遥感影像为基础数据源,采用＂单窗算法＂遥感技术手段定量反演瞬时地表温度格局,并深入分析温度特征,分区差异和重心变化。研究表明：2001～2015年研究区温度增加1.44℃,平均温年增0.10℃,3时段（2001～2004年、2005～2008年、2009～2015年）年均温分别增加0.08℃、0.09℃、0.12℃,具有加速上升趋势;最高温增加2.74℃,始终位于香坊区,最低温基本恒定,始终位于道里区;2001～2015年极高、高、极低温度分区面积增加4.92 km2、104.07 km2、87.71 km2,年均增量均具有持续增加趋势,中、低分区面积减少110.61 km2、84.94 km2,具有波动降低趋势,极高、高、中、低分区格局总体按照城区-城乡结合地区-乡村的水平梯度扩展;地表温度重心向东偏南70.58°方向移动536.90 m,其中6个市辖区迁移方向和距离差异明显,表明地表能量移动方向和温度重新分布的活跃程度不同。总体来看,研究区地表温度上升明显,分区时空变化剧烈,能量的轨迹移动过程具有折返特征。

基于Landsat TM的3种地表温度反演算法比较分析

以福州市为研究区,使用Landsat TM数据,利用基于影像的反演算法(IB算法)、单窗算法(MW算法)和单通道算法(SC算法)对研究区进行地表温度反演,并将这3种算法的反演结果与研究区的亮度温度进行了比较,结果表明:(1)3种算法反演的结果总体趋势比较接近,其中尤以MW算法和IB算法较为接近,研究区整体平均温度二者仅相差约1.0℃;(2)3种算法反演的结果均比亮度温度高,其中IB算法高出约1.9℃,MW算法高出约2.9℃,而SC算法则要高出约5.3℃.

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000年、2008年和2015年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、NDVI与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明:包头城市热岛15 a来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与NDVI呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。

基于Landsat8数据的2种海表温度反演单窗算法对比——以红沿河核电基地海域为例

以辽宁省红沿河核电站附近海域为研究区,对单窗算法用于Landsat8 TIRS数据反演沿海海表温度(sea surface temperature,SST)的适用性进行比较分析。首先,基于大气廓线数据(thermodynamic initial guess retrieval,TIGR),针对Landsat8 TIRS第10波段修订QK&B算法系数;然后,从星地同步验证和参数敏感性2方面对辐射传输模型(radiation transfer model,RTM)和QK&B算法进行对比分析。结果表明,结合美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)大气参数实现的RTM算法精度较QK&B算法略高;对于QK&B算法,基于NCEP廓线数据模拟的大气透过率比经验方程估算的值更具优势;RTM算法对大气透过率敏感性相对较高,且明显高于QK&B算法;而QK&B算法对大气平均作用温度的敏感性较高;RTM算法对大气透过率、大气上行辐射以及QK&B算法对大气透过率、大气平均作用温度的敏感性均随着水汽含量的增加而增大。

基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法

利用单窗算法反演地表温度时,一景影像通常使用一个大气透过率。大气水汽含量空间异质性会导致像元尺度上大气透过率不同,从而给地表温度反演带来误差。该文通过从研究区MODIS数据中反演出大气水汽含量,经过配准、重采样之后获得该区域像元尺度的大气透过率,利用同时相TM数据,采用单窗算法反演地表温度。结果表明:基于多源遥感数据反演地表温度的单窗算法,由于减少了大气水汽含量空间异质性带来的地表温度反演误差,能够得到更为合理的地表温度。

运用遥感数据挖掘解析城市地表温度的空间变异规律

以上海主城区为研究靶区,基于遥感影像(Landsat ETM+)数据,运用单窗算法反演地表温度,并运用地统计学方法分析其空间变异规律。结果表明,地表温度空间差异显著,东西分布不对称,浦东的地表温度明显低于浦西,低温区出现在浦东的南部,与南汇区的交界处;高温区出现在浦西,包括中心城区的黄浦江沿岸、宝山区南部和普陀区北部,其它地区介于高温区和低温区之间。从地表温度的空间变异规律来看,在较小的空间尺度下,随机因素引起的空间异质性占总空间异质性的比重较大,空间自相关性的比重较小;随着空间尺度的增大,随机因素引起的空间异质性所占比重减小,空间自相关性的比重增大。当粒度为180 m和540 m时,地表温度表现为较强的空间自相关性,而当粒度增大到1080 m时,地表温度具有明显的空间自相关性。