基于RS的陆面温度反演研究--以江苏省泗洪县为例

论文总字数：9770字

摘 要

陆面温度是土壤和植被水分等状态的指示计，在很多遥感监测中有重要的作用。传统的城市温度监测技术方法存在着周期长、效率低等问题，而使用遥感影像进行城市温度监测的方法能够更准确、简便、实用。本文利用2009年5月泗洪县Landsat4-5TM遥感数据和2015年5月Landsat8遥感数据，并用归一化植被指数（NDVI）区分地表覆盖类型，并借助了GIS等工具以及辅助数据，对泗洪县区域两个年份相同时期的温度进行反演，结合温度反演的结果对研究区域以及这两年的温度变化进行分析。结果表明：边界湖区的温度相对较低，其次是有植被覆盖较高的地方，居民区的温度较高，在相同月份2015年2009年整体温度偏高，居民区温度提高相对更明显。

关键词： 温度反演，ENVI，泗洪县，TM

Abstract： Land surface temperature is soil moisture and vegetation status indicator which takes an important role in many remote sensing monitoring. Traditional method of city temperature monitoring technology has the problems of long cycle and low efficiency while remote sensing image for city temperature monitoring method can be more accurate, simple and practical. Sihong Landsat4-5 TM remote sensing data and remote sensing data in May 2009 with the data from Landsat8 in May 2015 are used in this paper to distinguish the surface coverage type using the normalized difference vegetation index (NDVI). Using the GIS tools and secondary data, such as in Sihong area two years the same period of temperature inversion, the combination of temperature inversion results of the study area as well as the temperature changes in these two years are analyzed. Results show that the temperature of the boundary is relatively low, the temperature of the residential area in the place with higher vegetation coverage is higher. In the same month in 2015, in 2009 the overall temperature on the high side, residential temperature increases obviously.

Keywords： temperature retrieval, ENVI, Sihong County ,TM

目 录

1 前 言 3

2 研究区概况 3

2.1 TM遥感数据温度反演的国内外研究现状 3

2.2 研究区域概况 5

3 数据准备 5

3.1 数据来源 5

3.2 合成图像 5

3.3 图像几何校正过程 7

3.4 生成几何校正结果图 8

3.5 选择感兴趣区域ROI区域 8

3.6 图像裁剪 9

4 温度反演 10

4.1 地表比辐射率的计算 10

4.2 地表温度Ts的计算 11

4.3 决策树分类 11

结 论 14

参 考 文 献 15

致 谢 16

1 前 言

城市土地是居民生活、生产等活动最主要的场所和物质载体，并具有经济、社会和自然生态三大属性。随着经济的飞快发展和城市化过程的快速发展，城市规模不断扩大，陆地表面的温度不断增高，气温升高问题已经成为城市的发展过程带来的最重要要环境问题之一。地表温度（Land Surface Temperature，简称LST）是研究地表与大气之间物资互换和能量交换的重要参数，在地质、地质、气候、水文等众多的领域有着广泛的需求^[1]。遥感技术作为当代很重要的对地观测的技术，使得基于遥感图像陆面温度反演的研究越来越多，地表温度反演的方法当前有：大气校正法、单窗算法、单通道法等几种。本次实验主要用单窗算法地表温度公式对地表温度进行反演。传统的获取地表温度方法主要是使用有限的地面气象站所提供的地温观测资料，由于这样的观测不可能同步进行，观测的点位密度也不高，所以这种方法不能够全面、同步得反映地面的热辐射空间分布状况^[2]。气象台站长久来采用水银温度计测量地表温度的方法，在测量过程中感温部分不仅会受到地面表层和与地表接触紧密程度的影响，而且暴露于地表上的部分还受到空气温度、太阳辐射的影响，这些因素会共同造成了水银温度计测量结果的误差^[3]。孟宪红等人^[4]曾用辐射传输方程算法、单窗算法和普适性单通道算法三种方式，使用Landsat-5TM遥感数据做了陆面温度进行反演^[5]。随着地与气相互作用进程研究的不断深入和钻研，测量陆面温度的标准也有了更高的要求。用卫星遥感技术反演^[6]的大面积的地表温度信息已广泛地应用于作物产量估算、作物长势监测以及农业干旱、农田用水量估算等很多方面，而地表温度反演精度将直接影响到遥感技术在各方面应用上的成效。Landsat是美国自1972年开始发射的资源卫星系列，至今已有30 多年，已经积累了大量的影像数据。陆地卫星Landsat TM凭以着其较高空间分辨率，较好地克服了传统温度监测的不足之处，它能够有效、全面地监测出底层表面的温度特征^[7]，并能周期性、动态地监测城市的热环境改变趋势，是关于研究城市热岛效应的有效技术措施，同样成为了如今应用十分普遍的遥感数据。

因此，本文基于RS与GIS技术，运用Landsat8以及Landsat4-5TM两幅不同时期的遥感图像，分析所选区域地面温度的空间特征和不同年份相同地区温度的变化，同时对于进一步理解东亚季风区土壤－植被－大气的系统能量交换状况以及区域的热量分布差异也有着重要的意义。

2 研究区概况

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