熱紅外遙感機(jī)理及應(yīng)用

熱紅外遙感機(jī)理及應(yīng)用第1頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六主要內(nèi)容熱紅外遙感概念熱紅外遙感機(jī)理熱紅外遙感技術(shù)及研究進(jìn)展熱紅外遙感大氣校正溫度與發(fā)射率反演熱紅外遙感應(yīng)用實(shí)例熱紅外遙感問(wèn)題與討論第2頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.熱紅外遙感概念1.1什么是熱紅外遙感？自然界任何溫度高于熱力學(xué)溫度（0K或-273oC）的物體都不斷地向外發(fā)射電磁波。

熱紅外遙感即通過(guò)熱紅外探測(cè)器收集地物輻射出來(lái)的人眼看不到的熱紅外輻射通量，經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換而變成人眼能看到的圖像。第3頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱紅外遙感技術(shù)的發(fā)展是為了獲取地物的熱狀況信息，從而推斷地物的特征及環(huán)境相互作用的過(guò)程，為科學(xué)和生產(chǎn)所應(yīng)用。

簡(jiǎn)而言之，熱紅外遙感即確定地表溫度和發(fā)射率及其應(yīng)用!第4頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.2熱紅外遙感的特點(diǎn)由于被遙感的物體在任何時(shí)間都在不斷地向外輻射熱紅外線，熱紅外遙感可以在白天或黑夜無(wú)人造光源的條件下實(shí)施，它是一種全天時(shí)的遙感手段。

熱紅外遙感比可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外遙感復(fù)雜，主要原因在于：

第5頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1）地物從熱輻射的吸收到標(biāo)志地物熱特性的溫度的升高，有一個(gè)熱儲(chǔ)存和熱釋放過(guò)程，這與地物本射的熱性質(zhì)和環(huán)境條件有關(guān)；2）改變地物熱狀況的熱源，不僅是熱輻射，而且還有顯熱輸送和潛熱輸送問(wèn)題，這涉及到微氣象參數(shù)、土壤物理參數(shù)、植被生化參數(shù)；3）熱紅外遙感空間分辯率比較低，混合像元問(wèn)題也是一個(gè)難點(diǎn)；4）另外還有定標(biāo)上的困難以及將測(cè)量值校正到目標(biāo)真實(shí)物理量值；

第6頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5）對(duì)復(fù)雜地形，如植被（包括森林）、斜地形、水體、裸土和城市景觀的混合系統(tǒng)進(jìn)行精確評(píng)價(jià)表面通量；以及云影響的探測(cè)和消除等問(wèn)題。植物生長(zhǎng)、作物產(chǎn)量、地表水分的蒸發(fā)及循環(huán)、氣候變遷、全球變化以及地質(zhì)礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)均與地球熱系統(tǒng)狀況有著密切的關(guān)系，用熱紅外遙感技術(shù)來(lái)獲取地球熱狀況的信息是一個(gè)非常重要的手段。

第7頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六故熱紅外遙感是一門既有難度又有廣闊應(yīng)用前景的學(xué)科，其基礎(chǔ)研究直接關(guān)系到技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的推廣。第8頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.熱紅外遙感機(jī)理2.1熱紅外大氣窗口和熱紅外波段第9頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2.2熱紅外遙感成像

熱紅外掃描儀示意圖

第10頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.3地球溫度與熱輻射峰值第11頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.4地球表面的熱量特征海洋表面溫度：相對(duì)均質(zhì)；陸地表面溫度：物質(zhì)非均質(zhì)性，導(dǎo)致地表溫度空間差異大，1米距離內(nèi)可能有較大的溫度變化。第12頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2.5熱輻射基本定律在一定的溫度下，任何物體的輻射出射度與其吸收率的比值是一個(gè)普適函數(shù)。只是溫度、波長(zhǎng)的函數(shù)．與物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。這就是基爾霍夫定律?；鶢柣舴蚨杀砻鳎喝魏挝矬w的輻射出射度，和其吸收率之比都等于同一溫度下的黑體的輻射出射度(1)基爾霍夫定律第13頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（2）Plank定律Where

wavelength/channel

C1

1stradianceconstant,K2=C1/5

C2

2ndradianceconstant,K1=C2/

T

temperatureat B(T)theradiance

絕對(duì)黑體的輻射光譜對(duì)于研究一切物體的輻射規(guī)律具有根本的意義，1900年普朗克引進(jìn)量子概念，將輻射當(dāng)做不連續(xù)的量子發(fā)射，成功他從理論上得出了與實(shí)驗(yàn)精確符合的絕對(duì)黑體輻射出射度隨波長(zhǎng)的分布函數(shù)。第14頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六不同溫度的黑體所輻射的能量隨波長(zhǎng)而變化狀況，以及熱紅外波長(zhǎng)區(qū)間的大氣透射狀況第15頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

(3)維恩位移定律利用普朗克方程還可導(dǎo)出，黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)max與黑體絕對(duì)溫度T成反比：

max

?T=bb為常數(shù),b=2.898x10-3m?k表.絕對(duì)黑體溫度與最大輻射所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的關(guān)系T（K）3005001000200030004000500060007000λmax(μm)9.665.802.901.450.970.720.580.480.41第16頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(4)斯式藩—玻爾茲曼定律整個(gè)電磁波謠的總輻射出射度M，為某一單位波長(zhǎng)的輻射出射度對(duì)波長(zhǎng)做0到無(wú)窮大的積分，即:用普朗克公式對(duì)波長(zhǎng)積分，便導(dǎo)出斯成藩—玻爾茲曼定律，即絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體溫度的四次方成正比。第17頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2.6熱輻射傳輸方程式中z是高度(z0表示地表面，zsat表示衛(wèi)星高度)；是大氣的總光譜透過(guò)率；A是大氣的向下光譜輻射量。公式右邊第1項(xiàng)表示地表面的光譜輻射量，第2項(xiàng)是地表面反射回來(lái)的太陽(yáng)和大氣輻射量，第3項(xiàng)是大氣的向上輻射對(duì)衛(wèi)星遙感器所接收到的輻射信號(hào)的貢獻(xiàn)。由于大氣質(zhì)量的分層性，大氣對(duì)遙感器信號(hào)的貢獻(xiàn)主要來(lái)自大氣低層，即接近地球表面的低層大氣的作用明顯大于大氣上層的作用。

第18頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第19頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

Bi(Ti)=i()[iBi(Ts)+(1-i)Ii]+Ii

WhereBi(Ti) observedradiance

Bi(Ts) groundradiance

Ii

downwellatmosphericradiance

Ii

upwellatmosphericradiance

i()

atmospherictransmittance

i groundemissivity

i channelThermalradiancetransferequation第20頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Atmosphericemissions

式中Tz是高程為z處的氣溫，是遙感器的視角，Z是遙感器的高程，i(,z,Z)表示從高程z到遙感器高程Z之間的大氣向上透射率。’是大氣的向下輻射方向，’i(’,z,0)表示從高程z到地表之間的大氣向下透射率。第21頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.熱紅外遙感技術(shù)及研究進(jìn)展

3.1國(guó)內(nèi)外熱紅外遙感研究進(jìn)展熱紅外遙感的發(fā)展可以從1962年第一臺(tái)紅外測(cè)溫儀誕生算起；1978年美國(guó)發(fā)射熱慣量衛(wèi)星（HCMM），首次用衛(wèi)星來(lái)觀察地球表面的溫度差異，這標(biāo)志著熱紅外遙感的發(fā)展；隨后，紅外技術(shù)不斷發(fā)展，一系列航空航天遙感器運(yùn)用了熱紅外波段采集地面數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于軍事、地質(zhì)填圖、熱制圖、熱慣量估算以及災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染等方面;第22頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六我國(guó)從1975年研制第一臺(tái)紅外測(cè)溫儀以來(lái)，先后研制了包括了多個(gè)熱紅外波段在內(nèi)的多光譜掃描儀，并進(jìn)行了相應(yīng)的熱紅外遙感應(yīng)用研究，如巖溶區(qū)探水、熱紅外探礦、探地?zé)帷⒊鞘袩釐u、林火監(jiān)測(cè)等均取得不少成果;但許多熱紅外遙感應(yīng)用主要是以亮度溫度為信息源的定性分析階段，定量研究還很不夠；第23頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六隨著比輻射率研究和測(cè)定工作的進(jìn)展，以及熱紅外遙感大氣糾正問(wèn)題的深入，熱紅外遙感的定量研究也得到很大的發(fā)展；但是由于熱紅外遙感本身的復(fù)雜性，它的許多理論問(wèn)題均未很好的解決，如地表熱紅外輻射及比輻射率的方向性問(wèn)題、溫度與比輻射率的分離問(wèn)題、非同溫混合像元的分解問(wèn)題等；目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者正在致力于對(duì)熱輻射與地面相互作用機(jī)理的研究、地表真實(shí)溫度的模型反演等疑難問(wèn)題的攻克以及熱紅外遙感應(yīng)用研究的進(jìn)一步開(kāi)拓。第24頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3.2目前國(guó)內(nèi)外熱紅外傳感器技術(shù)及特點(diǎn)

隨著熱紅外遙感機(jī)理研究的的不斷深入和成像光譜技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一系列航空航天器運(yùn)用了熱紅外波段采集地面數(shù)據(jù)，下表分別列出了目前國(guó)內(nèi)外星載/航空熱紅外傳感器的技術(shù)特點(diǎn)。第25頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六傳感器衛(wèi)星計(jì)劃波段數(shù)光譜范圍（μm）空間分辨率用途AIRS大氣紅外探測(cè)儀EOS(美國(guó))63.74-15.413.5-1km大氣溫度濕度ASTER高級(jí)空間熱輻射熱反射探測(cè)器EOS(美國(guó))148-1290m陸地表面，水和云ATSR縱向掃描輻射儀ERS-1(歐空局)211.012.01km*km云、海面溫度AVHRR甚高分辨率輻射儀NOAA-11(美國(guó)）50.58-12.41.1kｍ海面溫度、植被、氣溶膠CERES云和地球輻射能系統(tǒng)EOS（美國(guó)）30.3-12.021km地球輻射平衡HIRDLA高分辨率臨界動(dòng)態(tài)分辨儀EOS（美國(guó)）216.0-18.010km/1km大氣溫度、水分及化學(xué)GLI全球成像儀ADEOSII（日本）34可見(jiàn),近紅及熱紅外1km碳循環(huán)HIRS/21高分辨率紅外輻射探測(cè)儀NOAA-11200.69-14.9520.4m大氣溫度、濕度ILAS改進(jìn)型臨邊大氣光譜儀ADEOS(日本)30.753-11.7713km/2km大氣IR-MSS紅外多光譜掃描儀CBERS(中國(guó)/巴西)40.5-12.578m,156m中等分辨率制圖國(guó)內(nèi)外星載熱紅外傳感器技術(shù)及特點(diǎn)第26頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六ISTOK-1紅外光譜掃描儀系統(tǒng)PRIRODA-1640.4-16.00.75-3km大氣輻射LISS-3線形成像自掃描傳感器3型IRS-1C/1D40.52-17.523.5m陸地和水資源管理MODIS中等高分辨率成像光譜輻射儀EOS（美國(guó)）360.4-14.5250m,500m,1km地球物理過(guò)程、大氣、海洋、陸地SCARAB輻射收支掃描儀POEM/WNVISAT-1(歐)40.2-50.060km全球輻射收支SR掃描輻射儀FY-2中國(guó)30.55-12.05.73km氣象SROM海洋監(jiān)測(cè)光譜掃描儀ALMAZ-1B(中/俄)110.405-12.5600m星下點(diǎn)海洋、葉綠素、生物生產(chǎn)率TMG溫室氣體干涉檢測(cè)儀ADEOS(日本)0.33-14.010km/2-6km溫室氣體制圖VIRS可見(jiàn)光紅外廣掃描儀TRMM(美/日)53.75，10.8，12.02km云輻射VISSR可見(jiàn)光紅外光旋轉(zhuǎn)式輻射掃描儀GMS（日本）20.5-0.7510.5-12.51.25-2.5km地球制圖、云覆蓋VISSR可見(jiàn)光紅外光自旋輻射掃描儀METEOSAT(歐空局）30.5-12.52.5*2.5km,5*5km地球、大氣觀測(cè)TM專題繪圖儀LANDSAT（美）70.45-12.515m,28.5m,60m,120m獲取地球表層信息ETM+增強(qiáng)型專題繪圖儀LANDSAT(美)80.45-12.530m,15m,120m獲取地球表層信息第27頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六傳感器國(guó)別波段數(shù)波段范圍(μm)工作期間瞬時(shí)視場(chǎng)mard用途AMSS航空多光譜掃描儀澳大利亞68.5-12.0始于1985年2.1*3.1環(huán)境監(jiān)測(cè)ASTER模擬儀器美國(guó)208-12始于19912或5.0云、陸地測(cè)量CIS中國(guó)成像光譜儀中國(guó)123.53-3.9410.5-12.5始于1993年1.2*1.2陸地表面觀測(cè)DAIS-7915數(shù)值式航空成像光譜儀美國(guó)163.0-5.08.7-12.7始于1993年3.3，2.5，5.0陸地海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)DAIS-16115數(shù)值式航空成像光譜儀美國(guó)6123.0-5.08.0-12.0始于1994年3陸地海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)GER-63通道掃描儀美國(guó)68.0-12.5始于1986年3.3、2.5或5.0環(huán)境監(jiān)測(cè)地質(zhì)研究ISM紅外成像光譜儀法國(guó)641.6-3.2始于1991年1.2*11地質(zhì)、云、雪、植被MASMODIS航空模擬儀器美國(guó)500.547-14.521始于1992年2.5地球物理大氣海洋陸地表面MIVI多光譜紅外及可見(jiàn)光光譜儀美國(guó)108.2-12.7始于1993年2.0地質(zhì)和環(huán)境研究MUSIS多光譜紅外照相機(jī)美國(guó)90902.5-7.06.0-14.5始于1989年0.5化學(xué)蒸發(fā)、光譜特征OMIS實(shí)用型模塊化成像光譜儀

中國(guó)1280.46-12.5始于2000年3陸地和海洋資源勘察及環(huán)境監(jiān)測(cè)SMIFTS空間可調(diào)成像傅立葉變換光譜儀美國(guó)1001.0-5.2始于1993年0.77陸地表面觀測(cè)國(guó)內(nèi)外航載熱紅外傳感器技術(shù)及特點(diǎn)

第28頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.熱紅外遙感大氣校正

由于熱紅外輻射穿過(guò)大氣輻射時(shí)與大氣中的各種氣體分子、水（汽）和各種微粒氣溶膠發(fā)生作用，產(chǎn)生吸收和散射效應(yīng)。使得到達(dá)傳感器的紅外輻射發(fā)生了衰減，因而需做大氣校正。由于熱紅外與大氣的相互作用與可見(jiàn)光、近紅外不一樣，因此其大氣糾正方法也不一樣，并且更加復(fù)雜。第29頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六通常傳感器所接收的熱紅外輻射可表示為：

式中:—地物在波長(zhǎng)處的發(fā)射率；（T）—地表溫度為T的黑體的光譜輻射能；—入射到地表的大氣光譜輻射；—大氣光譜透射率；—到達(dá)傳感器的大氣發(fā)射和散射輻射。

第30頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

一般大氣對(duì)熱紅外輻射的衰減主要由氣體分子的吸收和分子、氣溶膠的散射所引起的。大氣對(duì)熱紅外的吸收體主要是CO2、水汽和O3，對(duì)于航空遙感而言，由于航高不高，而O3在低空分布少，可以不予考慮O3的吸收（雖然O3在9.6m有強(qiáng)吸收）。水在低空一般以氣態(tài)形式存在，在低空含量較高但隨時(shí)空變化而變化較大，水蒸氣在8.0-12.5m是存在連續(xù)吸收。CO2在8.0-12.5m無(wú)強(qiáng)吸收帶，僅在9.4m和10.4m有弱吸收帶。第31頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六除這幾種氣體外，氣溶膠（如塵埃、云、霧、雨等）對(duì)熱紅外輻射也有嚴(yán)重影響。由于一般塵埃的半徑很少>0.5m，因此對(duì)8.0-12.5m波段的紅外輻射是發(fā)生瑞利散射，而且由于>>粒子半徑，其瑞利散射比可見(jiàn)光小得多，為了簡(jiǎn)化，忽略其瑞利散射。對(duì)于云、霧等粒子，其半徑分布在5-15m間，因而在有云、霧的情況下，將有強(qiáng)的Mie散射和瑞利散射。

第32頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

目前，國(guó)內(nèi)外已提出了不少大氣校正模型，大致可以歸納為以下幾種:

(1)基于圖像特征模型在沒(méi)有條件進(jìn)行地面同步測(cè)量的情況下，借用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行的圖像相對(duì)反射率轉(zhuǎn)換。從理論上來(lái)講，基于圖像特征的光譜重建方法都不需要進(jìn)行實(shí)際地面光譜及大氣環(huán)境參數(shù)的測(cè)量，而是直接從圖像特征本身出發(fā)消除大氣影響，進(jìn)行反射率反演，基本屬于數(shù)據(jù)歸一化的范疇。第33頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例如：遙感圖像波段間的數(shù)學(xué)變換如NDVI、RVI等，可部分校正大氣程輻射和因大氣路徑長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生的變形差異；基于圖像特征方法僅適于較小范圍，且較正后的圖像均存在不同程度的噪聲。大氣校正是相當(dāng)復(fù)雜的，但在許多遙感應(yīng)用中，往往并不一定需要絕對(duì)的輻射校正，這種基于圖像的相對(duì)校正就能滿足其應(yīng)用要求。第34頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

即獲取遙感影像上特定地物的灰度值及其成像是相應(yīng)的地面目標(biāo)光譜的測(cè)量值，建立兩者之間的回歸方程式，在此基礎(chǔ)上對(duì)整幅遙感圖像進(jìn)行輻射灰度糾正。該模型數(shù)學(xué)和物理意義明確、計(jì)算簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小、適用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，但其精度取決于線性回歸系數(shù)的精度，而系數(shù)的精度則取決于野外光譜實(shí)測(cè)的精度和影像象元的對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確性，因此要利用這種模型獲取高質(zhì)量的光譜圖像進(jìn)行光譜重建，必須以大量野外光譜觀測(cè)為前提，因此成本較高，對(duì)野外工作依賴性強(qiáng)，且對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)的要求較嚴(yán)格（均勻表面，區(qū)域不宜過(guò)大等）。（2）地面線性回歸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?5頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六輻射傳輸方程是描述電磁輻射在散射、吸收介質(zhì)中傳輸?shù)幕痉匠?。能較合理地處理大氣散射、大氣吸收、發(fā)射等過(guò)程，且能產(chǎn)生連續(xù)光譜，避免光譜反演地較大定量誤差，因而得到最廣泛的應(yīng)用。通常可以從大氣輻射傳輸方程中，反演出被探測(cè)參數(shù)的數(shù)值或沿路徑的分布。若大氣狀態(tài)已知（消光、發(fā)射可計(jì)算的話），就可求出地表狀態(tài)（垂直地面的輻射亮度）；若已知地面狀態(tài)，則可求出大氣狀態(tài)。（3）大氣輻射傳輸理論模型

第36頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六但它需要遙感器獲取數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)一系列的大氣環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，譬如大氣光學(xué)厚度、溫度、氣壓、濕度、大氣分布狀況等，因此需要較大研究成本，且大氣校正的準(zhǔn)確性決定于輸入的大氣參數(shù)的準(zhǔn)確性，不太適合于偏遠(yuǎn)、地形復(fù)雜的地區(qū)以及歷史數(shù)據(jù)的光譜重建。第37頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近幾十年來(lái)，與大氣輻射傳輸有關(guān)的應(yīng)用需求增長(zhǎng)極快，使大氣輻射傳輸?shù)倪^(guò)程研究與定量化算法研究獲得蓬勃的發(fā)展；當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)已有多種大氣輻射傳輸?shù)哪Ｊ脚c算法，它們散見(jiàn)于大量的文獻(xiàn)與書(shū)籍中，有一些已形成系統(tǒng)軟件。如：適用于遙感圖像大氣影響校正的RADFIELD輻射傳輸計(jì)算模型、參數(shù)化的向上亮度模式、以及廣泛應(yīng)用的LOWTRAN1-7、MODTRAN1-4大氣輻射近似計(jì)算模型系列。后者直接使用大氣物理參數(shù)，且增加了多次散射的計(jì)算，其應(yīng)用范圍較廣。第38頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六MODTRAN4第39頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Card1：大氣模式控制卡；Card2：氣溶膠及云雨模式；Card3：探測(cè)幾何方式；Card4：波段及分辨率；Card5：程序的停止或再運(yùn)行；第40頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第41頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5.溫度與發(fā)射率的反演

5.1地表溫度的反演

熱紅外測(cè)溫技術(shù)由于具有不接觸被測(cè)物體的特點(diǎn)，不破壞地表的熱力學(xué)狀態(tài)，因此被廣泛應(yīng)用于地表溫度的測(cè)量中，如何將遙感傳感器測(cè)量到的熱紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為地球系統(tǒng)中所需要的陸面溫度，是熱紅外遙感中的核心課題，亦是熱紅外遙感在其它領(lǐng)域應(yīng)用的基本前提。第42頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六地表溫度遙感的基本假設(shè)：

當(dāng)?shù)卮髿馓幱跓崃ζ胶鉅顟B(tài)，沒(méi)有強(qiáng)烈的對(duì)流干擾。天空晴朗無(wú)云，大氣水汽含量較少，讓熱輻射能透過(guò)大氣層抵達(dá)空中的遙感器，大氣透過(guò)率是熱紅外遙感的基本參數(shù)。分析表明，當(dāng)大氣水汽含量超過(guò)7g/cm2時(shí)，熱紅外輻射的大氣透過(guò)率極低(<10%)，遙感器所接收到的輻射能中信噪比就很小。地表最好為平坦的地表。地表輻射表現(xiàn)為表面的輻射，地表起伏的側(cè)面輻射及相互之間的反射作用相對(duì)于表面輻射而言非常弱。這一點(diǎn)在山區(qū)時(shí)極難滿足。地表是Lambertian地表，地表的熱輻射和反射各向相同。第43頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

遙感尺度與地表溫度

像元尺度下的地表溫度的四種情況:(1)茂密植被覆蓋下—植被葉冠溫度；(2)裸露表面情況下：裸地表面、建筑物表面、巖石表面的溫度；(3)植被稀少情況下：混合有植被葉冠溫度、葉冠與地表間的氣溫、以及葉冠下地表面的混合平均溫度；(4)混合像元情況下：有不同比例的植被與裸露表面混合，是這些不同類型的混合平均溫度。第44頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

地表溫度反演的方法：

1）大氣校正法:allthermalIRdata

嚴(yán)格按照輻射傳輸理論來(lái)建立輻射傳輸方程，需要的大氣參數(shù)比較多，由于其大氣參數(shù)很難實(shí)時(shí)獲取，一般是用標(biāo)準(zhǔn)大氣和大氣模型模擬計(jì)算，所以精度很難得到保證，有時(shí)偏差很大。第45頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2）單窗算法:LandsatTM、ETM（Band6:10.40-12.50m,/120/60m）

利用輻射測(cè)量在一個(gè)熱紅外窗口通道來(lái)校正大氣影響并估算陸面溫度，如利用TM6波段進(jìn)行地面溫度的反演。覃志豪等在正確做出大氣平均作用溫度的替代性分析的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出適用于TM6數(shù)據(jù)的地溫反演算法，其絕對(duì)精度<0.4K，在參數(shù)估計(jì)有適度誤差時(shí)，精度也達(dá)<1.1K。

覃志豪,M.Zhang,A.KarnieliandP.Berliner,2001,用陸地衛(wèi)星TM6數(shù)據(jù)演算地表溫度的單窗算法[J].地理學(xué)報(bào),56(4)，456-466.J.C.Jiménez-Mu?ozandJ.A.Sobrino,Ageneralizedsingle-channelmethodforretrievinglandsurfacetemperaturefromremotesensingdata[J].J.Geophys.Res.,2003.第46頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3）劈窗算法:NOAA-AVHRR（Band4:10.5-11.3mBand5:11.5-12.5m

，/1.1km）主要是利用在一個(gè)大氣窗口的兩個(gè)臨近的紅外通道存在不同的大氣吸收來(lái)消除大氣的影響，由兩個(gè)亮度溫度的線性組合(如NOAA-AVHRR的T4和T5)計(jì)算LST。劈窗算法是目前最成熟的方法，精度最高，且相對(duì)而言比較不需要太精確的大氣溫度/水氣廓線，尤其是用來(lái)分析NOAA-AVHRR數(shù)據(jù)。第47頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.Kerretal.[1992)2.OttléandVidal-Madjar[1992]3.Price[1984]4.BeckerandLi[1990]5.PrataandPlatt[1991]6.Vidal[1991]7.Uliveriretal.[1996]8.Colletal.[1994]9.Sobrinoetal.[1991]10.Prata[1993]11.Fran?aandCracknell[1994]12.Qinetal.[2001]13.SobrinoandRaissouni[2000]14.Fran?oisandOttlé[1996]/Q15.Fran?oisandOttlé[1996]/W16.BeckerandLi[1995]17.Sobrinoetal.[1994]第48頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

4）多通道算法:MODIS(Band276.535-6.895m,Band287.175-7.475m,Band298.400-8.700m,Band309.580-9.880m,Band1010.780-Band3111.280m,Band3211.770-12.270m,Band3313.185-13.485m,Band3413.485-13.785m,Band35:13.785-14.085m，Band36:14.085-14.385m,/1km

);ASTER（Band10:8.125-8.475m,Band10:8.475-8.825m,Band10:8.925-9.275m,Band10:10.25-10.95m,Band10:10.95-11.65m,/90m）;其它航載遙感器.Wan,Z.M.,andZ.L.Li,1997,Aphysics-basedalgorithmforretrievingland-surfaceemissivityandtemperaturefromEOS/MODISdata.IEEETrans.GeoscienceremoteSens.,35(4):980-996.利用ASTER遙感數(shù)據(jù)反演陸面溫度的算法及應(yīng)用研究劉志武,黨安榮,雷志棟,黃聿剛2003年9月地理科學(xué)進(jìn)展,22(5):507-516第49頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

利用多個(gè)熱紅外通道數(shù)據(jù)來(lái)反演地表溫度的方法，如Wan和Li針對(duì)MODIS數(shù)據(jù)提出的一個(gè)7通道反演方法。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于它能同時(shí)反演地表溫度和比輻射率。

第50頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

5）多角度法

即假定大氣柱在空間上是一致的，當(dāng)觀測(cè)目標(biāo)在給定的通道以不同觀測(cè)角度進(jìn)行觀測(cè)時(shí)由于大氣傾斜度不一致而產(chǎn)生的路徑長(zhǎng)度不同，從而使得大氣對(duì)熱輻射產(chǎn)生不同的吸收，同時(shí)利用多角度遙感數(shù)據(jù)中所包含的大氣信息來(lái)消除大氣的影響。第51頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六云0-1018-2010-1820-2222-2427-2833-3434-3532-3331-3229-3030-3126-2724-2628-2937-3936-3735-36>4239-42我國(guó)MODIS地表溫度產(chǎn)品成像時(shí)間2003/06/1402:41-02:52第52頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溫度值范圍（K）301.05319.17基于ASTER影像的貴州黎平地區(qū)溫度制圖（2000年5月20日）第53頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六基于LANDSATTM6的以色列/埃及邊境地區(qū)的地表溫度反演(成像時(shí)間：1995/09/9,9:40)第54頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

5.2發(fā)射率的反演

發(fā)射率，又稱比輻射率。是物體在溫度T、波長(zhǎng)處的輻射出射度與同溫度、同波長(zhǎng)下的黑體輻射出射度的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的單位，取值在0-1之間。第55頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六通常情況下，物體的發(fā)射率在較大的溫度變化范圍內(nèi)為常數(shù)，故一般不標(biāo)注為溫度T的函數(shù)，而是波長(zhǎng)的函數(shù)，由材料的性質(zhì)決定。物體的發(fā)射率是物體發(fā)射能力的表征，它不僅依賴于地表物體的組成成分，而且與物體的表面狀態(tài)（表面粗糙度等）及物理性質(zhì)（介電常數(shù)、含水量、溫度等）有關(guān)，并隨著所測(cè)定的輻射能波長(zhǎng)、觀測(cè)角度等條件變化而變化。第56頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六比輻射率反演方法1、晝-夜法（Day-nightMethod）2、模式發(fā)射率方法（ModelemissivityMethod/ReferenceMethod）3、歸一化發(fā)射率方法(NEM:NormalizedEmissivityMethod)4、灰體發(fā)射率法（GraybodyEmissivityMethod）5、分類法（ClassificationMethod）6、發(fā)射率界定法（EmissivityBoundsMethod）7、熱對(duì)數(shù)剩余法(ADE:Alpha-derivedEmissivityMethod)

8、剩余法（ResidualMethod）

9、比值法（RatioMethod）10、加權(quán)比值法（WeightedRatioMethod）11、去相關(guān)拉伸方法12、平均最大最小值法（MeanMaxiam-MimimumMethod）

13、TES算法14、分裂窗算法（SplidWindowMethod）

第57頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六新疆哈密地區(qū)ASTER遙感影像

（3、2、1波段合成，獲取日期2000年9月7號(hào)）第58頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六花崗巖波普曲線新疆哈密地區(qū)發(fā)射率制圖參考通道法：11、12、13波段合成Wavelength（μm）Emissivity8.291000.795618.634000.812989.075000.8185710.65700.9465311.31800.96000第59頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六新疆哈密地區(qū)發(fā)射率制圖：殘余波普法（11、12、13波段合成）花崗巖波普曲線第60頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.熱紅外遙感應(yīng)用實(shí)例熱紅外遙感自從1962年第一臺(tái)紅外測(cè)溫儀誕生起在軍事、地?zé)嵊蜌庹{(diào)查、地質(zhì)填圖、熱制圖、熱慣量估算以及災(zāi)害監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染等方面有了非常廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)舉例如下。第61頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

6.1熱紅外遙感在地?zé)豳Y源調(diào)查中的應(yīng)用

地?zé)崾堑厍蛸x予人類的廉價(jià)能源，可分為：水熱型（有熱水為主和蒸氣為主兩種類型）、地壓型、干熱巖型、巖漿型和表層型。目前能夠探明的地?zé)豳Y源有兩種：一種是“水熱型”，即天然蒸氣、熱水、熱鹵水等，是目前國(guó)內(nèi)外地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)；一種是“干熱型”，即干熱巖體和巖漿等尚處在開(kāi)發(fā)試驗(yàn)階段，還極少被利用。第62頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第63頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六地球就像一個(gè)龐大的地?zé)釒?kù)，溫度隨深度而增加。一般每降深100m，溫度增加3oC，在地殼底部35km處溫度可達(dá)500～700oC；在地幔中部100km處溫度為1400oC；在地核中部溫度可達(dá)5000oC，呈滾燙的巖漿形式存在。地殼表層以下5000m深度內(nèi)、15oC以上的巖石和熱流體所含的熱源都可認(rèn)為是地?zé)豳Y源。第64頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六有人估算，整個(gè)地球約有12x1030J熱量。美國(guó)科學(xué)家估算過(guò)地表10km內(nèi)所含地?zé)峒s有4x1026~4x1026J，按低限其能量相當(dāng)于全世界煤炭?jī)?chǔ)量總和，這是目前所知的理論地?zé)醿?chǔ)量。目前的機(jī)械最大探測(cè)為7000m，其溫度達(dá)200oC左右，經(jīng)濟(jì)可采深度為2000至3000m，其溫度為90oC左右，這是目前國(guó)內(nèi)外地?zé)衢_(kāi)發(fā)的主要對(duì)象。第65頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六世界地?zé)岬姆植贾饕性冢篴.環(huán)太平洋地?zé)釒В籦.地中海-喜馬拉雅地?zé)釒?；c.大西洋中部地?zé)釒?；d.紅海-東非地?zé)釒В籩.中亞地?zé)釒?，尤其以前兩者最為豐富，中國(guó)正處于其中，屬于地?zé)豳Y源較為豐富的國(guó)家。有人估算過(guò)，中國(guó)的地?zé)豳Y源理論儲(chǔ)量相當(dāng)于2000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒量。每年僅通過(guò)溫泉形式自流帶出的熱量就相當(dāng)于380萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒熱量。第66頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六人類在面對(duì)環(huán)境污染的困擾、地球生態(tài)平衡的破壞、不可再生資源的匱乏、各國(guó)對(duì)能源需求的急速增長(zhǎng)的背景下,以石油、煤炭和天然氣為主要能源的時(shí)代終將被核能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能和風(fēng)能所取代?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)到2050年,新能源將成為人類主要能源。地?zé)豳Y源不僅僅可以洗浴和治病，它還可以廣泛地應(yīng)用于蒸氣發(fā)電、工業(yè)烘干、空調(diào)制冷、供暖、溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、飲用礦泉、農(nóng)業(yè)灌溉等領(lǐng)域。此外，地?zé)崴羞€有碘、溴、銫、鋰、銣、鍺等多種礦物質(zhì),有些還可作為工業(yè)礦床開(kāi)發(fā)利用。第67頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第68頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

熱紅外遙感技術(shù)是一種快速檢測(cè)地面溫度的新技術(shù)，它能在瞬間或比較短的時(shí)間內(nèi)獲取大面積地面溫度場(chǎng)信息，它具有連續(xù)采樣(面掃描)、信息量大、檢測(cè)精度高(02～05℃)、一致性好、直觀形象、速度快、成本低和不受地面通行條件限制等優(yōu)點(diǎn)。因此,它一問(wèn)世立即引起地?zé)峁ぷ髡叩臉O大興趣，并將這一新技術(shù)用來(lái)進(jìn)行地?zé)豳Y源調(diào)查，取得了許多成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在理論探討方面也在逐步深化，展現(xiàn)出它的應(yīng)用前景。第69頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六將熱紅外遙感技術(shù)最早應(yīng)用于地?zé)嵴{(diào)查中的是美國(guó)。1961年美國(guó)“陸軍寒冷區(qū)域調(diào)查和工程實(shí)驗(yàn)室”和密執(zhí)安大學(xué)，開(kāi)始是用熱紅外掃描成像技術(shù)對(duì)美國(guó)著名的國(guó)家黃石公園中的地?zé)徇M(jìn)行了地?zé)嵴{(diào)查試驗(yàn)，成功的探測(cè)到了溫泉出露點(diǎn)和近地表的地?zé)岙惓?。?0頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Strangway和Holmar（1966）在墨西哥州的Lordsbulg區(qū)應(yīng)用熱紅外遙感方法也探測(cè)出了一個(gè)相當(dāng)于60HFU的地?zé)岙惓?。Hochstel和Diekinson（1970）在新西蘭的懷拉基區(qū)也發(fā)現(xiàn)了熱流值相當(dāng)于150HFU的地?zé)岙惓?，并?duì)影響圖像的外界因素，如太陽(yáng)輻射、風(fēng)、霧與冷凝作用及輻射系數(shù)等進(jìn)行了有意義的總結(jié)。第71頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Palmason等人（1970）對(duì)冰島首都雷克雅未克基科維爾科弗焦耳等地區(qū)，應(yīng)用熱紅外圖像和航空像片對(duì)該地區(qū)的冰川覆蓋下的地?zé)徇M(jìn)行了成功的探測(cè)。Gomezvell等人（1970）在墨西哥米卻肯地區(qū)應(yīng)用熱紅外圖像和彩色紅外像片解譯方法和常規(guī)的電阻率法、熱流測(cè)量、水文學(xué)和地球化學(xué)方法相結(jié)合對(duì)地?zé)徇M(jìn)行了較深入的研究工作。第72頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1971年聯(lián)合國(guó)承包單位（U.N.Scbcontraetor）在埃塞俄比亞進(jìn)行了熱紅外成像調(diào)查,發(fā)現(xiàn)了105個(gè)至少為10℃的地?zé)岙惓?。在肯尼亞使用地物分辨率更高的熱紅外掃描成像方法,也發(fā)現(xiàn)了類似的地?zé)岙惓！Ｈ毡緩?965年開(kāi)始熱紅外應(yīng)用研究。1973年4月至1974年3月期間,選擇了20個(gè)有明顯地?zé)岜憩F(xiàn)的地?zé)釁^(qū)進(jìn)行了包括遙感、電法、地?zé)岷椭亓Φ确椒ㄔ趦?nèi)的綜合調(diào)查研究工作,其中選擇了5個(gè)地區(qū)(包括7個(gè)地?zé)釁^(qū)的一部分)進(jìn)行了航空熱紅外遙感調(diào)查,對(duì)第四紀(jì)火山機(jī)構(gòu)與地?zé)岬年P(guān)系進(jìn)行了研究,調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一些新的地?zé)狳c(diǎn),并繪制了地?zé)岙惓｜c(diǎn)分布圖。第73頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六我國(guó)也曾于1979年至1981年間,先后在天津、福建和遼南地區(qū)開(kāi)展過(guò)地?zé)嵴{(diào)查工作,其中遼南地區(qū)地?zé)嵴{(diào)查試驗(yàn)取得了明顯的應(yīng)用效果,在技術(shù)方法的應(yīng)用條件中取得了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。第74頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六原理與方法地球表面溫度的產(chǎn)生主要來(lái)自于太陽(yáng)能的輻射加溫作用，其次是來(lái)源于地球深部熱源。前者以電磁波輻射形式進(jìn)行熱傳遞，它對(duì)地球表面的增熱起主導(dǎo)作用，而且存在于地球表面的所有地方。后者則以傳導(dǎo)和對(duì)流方式進(jìn)行熱傳遞，它主要受地質(zhì)構(gòu)造控制和地層巖石的物理性質(zhì)影響，屬于局部增溫現(xiàn)象，只有這種熱傳遞在地面形成的熱異常才對(duì)尋找地?zé)豳Y源有實(shí)際意義。第75頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六上述這種比背景溫度高的地?zé)岙惓：苋菀妆粺峒t外探測(cè)器檢測(cè)出來(lái)。航空熱紅外遙感技術(shù)可以精確地提供溫泉點(diǎn)的位置和熱異常的分布特征,為查清導(dǎo)熱、控?zé)針?gòu)造提供有利線索,以指導(dǎo)地?zé)峥碧焦ぷ?。此?在某些受巖層和第四系松散層掩蓋的所謂“盲熱”區(qū),亦可通過(guò)航空熱紅外遙感方法,填繪淺部熱含水層來(lái)幫助發(fā)現(xiàn)深部地?zé)豳Y源。第76頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六常用航空/衛(wèi)星傳感器ASTERHYMAPLANDSATTM/ETM+MasterFTHSIHyperSpecTIR第77頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六應(yīng)用示范ASTERdataisusedtoconductovertheBradyHotSpringsregion第78頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Atrue-colorHyMapimagesubsetthatcentersonthe40MWCasaDiablogeothermalplant第79頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第80頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六存在問(wèn)題(1)熱紅外遙感方法只能取得地表溫度信息，而開(kāi)采利用價(jià)值比較大的地?zé)豳Y源多埋藏在地下深部，或被巨厚的沉積蓋層所掩蓋，在沒(méi)有熱通道通向地表的條件下很難被發(fā)現(xiàn)。(2)來(lái)自地球內(nèi)部的熱源產(chǎn)生的地表溫度異常，主要靠地層巖石的熱傳導(dǎo)和地下水的熱對(duì)流作用，熱傳導(dǎo)率極低的巖石限制了這種異常的產(chǎn)生。第81頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(3)成像條件選擇至關(guān)重要。理想的成像條件應(yīng)包括：①成像季節(jié)。一般而言,地表與大氣進(jìn)行熱交換處于平衡狀態(tài)時(shí)，有利于地?zé)岙惓５男纬?；②成像時(shí)間，應(yīng)該在夜間太陽(yáng)輻射影響消失后，地表與大氣呈現(xiàn)正向熱交換時(shí),地?zé)岙惓２拍茱@示出來(lái)；③大氣對(duì)地表溫度產(chǎn)生干擾影響最小的時(shí)候,如風(fēng)、云、雨、霧、氣溫高低等都可成為干擾因素；④成像時(shí)溫度定標(biāo)范圍的選擇，可以確定最佳溫度范圍和最大限度的提高圖像的溫度分辨率。第82頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(4)熱紅外遙感方法只能做為地?zé)嵴{(diào)查中的一種技術(shù)手段使用，它不能代替常規(guī)的地?zé)峥碧椒椒?。該技術(shù)必須與其它技術(shù)方法相配合，與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合才能取得比較好的應(yīng)用效果。第83頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.2熱紅外遙感在火山噴發(fā)中的應(yīng)用（基于MODIS）MODIS影像可以每?jī)商鞂?duì)全球范圍內(nèi)的火山活動(dòng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；贛ODIS影像的8-12um熱紅外譜段的光譜特征可以反演或提取火山灰、冰、硫及硫化物的含量。第84頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第85頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六火山噴發(fā)期間，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體(H2O,SO2,CO2,HCl,HF,H2S,etc.)和浮塵顆粒(典型的如硫、硫化物灰塵及冰）；MODIShasthe‘split-window’channels[31,32]atca.11and12Amusedtoobserve(Prata,1989a,b)andquantifysilicateash(WenandRose,1994)andice(Roseetal.,1995).第86頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Italsohasachannelcentredat8.65Am[29]thatcanbeused(withthe‘splitwindow’channels)toquantifySO2burdens(Realmutoetal.,1994,1997;RealmutoandWorden,2000).Wecanalsoincorporaterecentmodificationsincludinganatmosphericcorrection(Yuetal.,2002)andmulti-bandsulfateretrieval,usingallchannels,includingthe9.7-Amchannel[30](YuandRose,2001),andanewSO2algorithmusingthe7.3-Amchannel[28](Prataetal.,2003,inreview).Allthesealgorithmsusethespectralattenuationofinfraredterrestrialradiation,between7and13Am,byvolcanicspeciestoquantifyemissionsduringandafteravolcanicevent.第87頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六OnesignificantimprovementinusingMODISdatatoobservevolcanicemissionsisthatwecannowmeasureco-eruptedspeciesfromthesameimage.第88頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(A)Channel[1],0.62–0.67Am,MODISimageoftheHeklaeruptioncloud,acquiredat1115UTon28February2000at250-mspatialresolution;(B)thesameimageas(A)usingred–green–blue[28,31,32]compositeat1-kmresolution;(C)thesameimagegeoreferenced—singlechannel[28]—showinglocationofSO2cloudrelativetogeographicboundaries.第89頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

BrightnesstemperaturedifferencemapfromanimageoftheHeklavolcaniccloudacquiredat1350UTon27February2000showingpositiveBTDvaluesindicativeofice.Thetotalmassoftheicecloudwasca.200kt.第90頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第91頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

6.3熱紅外遙感在找油中的應(yīng)用熱紅外遙感找油機(jī)理：主要是以油氣藏?zé)N類微滲漏理論為依據(jù)的。油氣田中的烴類以微烴方式沿孔隙和微裂隙垂直向上運(yùn)移并與周圍物質(zhì)相互作用，在地表和近地表處相對(duì)應(yīng)的形成近似圓形的烴蝕變區(qū)，并產(chǎn)生一系列標(biāo)志。其中在熱紅外波段范圍內(nèi)（8-14微米），利用遙感數(shù)據(jù)能提取熱異常標(biāo)志，這主要是由于烴類物質(zhì)滲漏至地表或近地表后改變了地表物質(zhì)的理化形狀，是地表物質(zhì)熱導(dǎo)率降低，熱容量增加或者由于氧化熱所致。一般溫度比周邊地區(qū)高出1-3度。第92頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六與陸上油氣遙感直接勘探技術(shù)相同,海洋油氣資源的遙感探測(cè)機(jī)理仍是以油氣藏普遍存在的烴類滲漏理論為依據(jù)。只不過(guò)海上油氣藏?zé)N類滲漏受其上方海洋水體的影響,在海面形成的烴類滲漏標(biāo)志有所不同,應(yīng)用的具體遙感技術(shù)手段也因而有所不同。熱紅外遙感在探測(cè)海上油氣資源中的應(yīng)用第93頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六無(wú)論是對(duì)油的勘探還是環(huán)境保護(hù)，發(fā)展一種通過(guò)遙感技術(shù)來(lái)探測(cè)海上浮油的可靠的方法都很重要。在勘測(cè)上，持續(xù)且可再生的海上浮油是海底石油滲漏的特征；而在環(huán)境應(yīng)用上，人為造成的海上浮油的及早發(fā)現(xiàn)為我們既是保護(hù)日益嚴(yán)峻的生活環(huán)境以及確認(rèn)污染源大有幫助。

第94頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六珠江口兩外輪相撞后在水面形成了一條長(zhǎng)長(zhǎng)的油帶（2004年12月7日）

第95頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在利用遙感探測(cè)海上浮油的技術(shù)上已經(jīng)做過(guò)了相當(dāng)多的努力，這些技術(shù)利用了幾乎整個(gè)從紫外到微波的電磁波譜段。

一個(gè)較為成功的技術(shù)是利用紫外線譜段（MaurerandEdgerton,1976;Camagnietal.,1988），但是大氣傳輸在這個(gè)譜段非常弱，以至衛(wèi)星傳感器很難探測(cè)到。

也有人在可見(jiàn)光及反射近紅外譜段做過(guò)努力（DeutschandEstes，1980），然而不同原油在這個(gè)譜段的光譜特征各不相同。方法：第96頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第97頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六且水面的粗糙度會(huì)改變水的反射，同時(shí)海上泡沫的存在也會(huì)對(duì)水的光譜反射造成影響。所以，水和浮油在可見(jiàn)光及近紅外的反射光譜都會(huì)由于海水的狀態(tài)而有所不同，從而沒(méi)有一種簡(jiǎn)單的法則能在可見(jiàn)光及近紅外譜段識(shí)別出所有的海上浮油。從雷達(dá)微波譜段獲取水上浮油的慮波效果也已被探測(cè)（Estesetal.,1985），然而依然存在其它能造成與海上浮油同樣慮波效果的因素，而且這種誤判率非常高。第98頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六然而：海上浮油和海水在8-14微米的大氣窗口的光譜行為特征有明顯的區(qū)別并且不為各種各樣所預(yù)想能改變它們的因素（如泡沫、水的攪動(dòng)、浮油的厚度、浮油的年齡等）所影響。第99頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第100頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第101頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第102頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖示說(shuō)明：海上浮油和海水在8-14微米的大氣窗口的光譜行為特征有明顯的區(qū)別并且不為各種各樣所預(yù)想能改變它們的因素所影響。如果這些實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的結(jié)果能夠被野外的實(shí)測(cè)所證實(shí)，那么利用航空或航天多光譜熱紅外遙感進(jìn)行海上浮油的探測(cè)將會(huì)成為一種簡(jiǎn)便而且可靠的技術(shù)手段。

第103頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六基于MODIS（32波段）的溫度反演第104頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六海洋溫度信息拉伸第105頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4熱紅外遙感估算巖石中的SiO2含量地質(zhì)礦產(chǎn)工作擔(dān)負(fù)著為國(guó)家提供礦產(chǎn)資源和地質(zhì)資料，維護(hù)礦產(chǎn)資源的國(guó)家所有權(quán)，保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，實(shí)施地質(zhì)勘查工作的科學(xué)管理任務(wù)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和公益性工作。遙感以直觀清晰的圖像顯示現(xiàn)代地表景觀，反映大量地表和前地表的地質(zhì)信息，為解決地質(zhì)問(wèn)題增添了一種新的科學(xué)依據(jù)。第106頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

硅酸鹽礦物在各類礦物中的地位極為重要。硅酸鹽礦物種類繁多，日前已知的有548種，約占己知礦物種類的24％左右。在常見(jiàn)的礦物中約有40％是硅酸鹽礦物，據(jù)估計(jì)地殼中大約有90％是硅酸鹽礦物，因此它是主要的造巖礦物，廣泛分布于自然界中。第107頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第108頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六硅酸鹽光譜特征曲線（正長(zhǎng)石、石英和角閃巖）第109頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六紅外輻射的峰值波長(zhǎng)與巖石二氧化硅含量關(guān)系

第110頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六大多數(shù)硅酸鹽礦物在可見(jiàn)光至近紅外（VNIR，波長(zhǎng)0.4~1.0μm）和短波紅外區(qū)（SWIR，波長(zhǎng)1.5~2.5μm）僅顯示出很少的光譜特征，而在熱紅外區(qū)（TIR：8~12μm）顯示出極強(qiáng)的分子振動(dòng)譜帶；在熱紅外區(qū)的所謂余射特征譜與組成該物質(zhì)的化學(xué)成分（特別是SiO2的含量的多少）密切相關(guān)；因此，多譜段熱紅外遙感適用于物質(zhì)表面化學(xué)成分制圖。第111頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六根據(jù)火成巖的熱紅外譜數(shù)據(jù)和用化學(xué)測(cè)定的該巖石中的SiO2的含量這兩者之間的關(guān)系，用多元線性回歸法分析推導(dǎo)出了一個(gè)能用于估計(jì)SiO2含量的方程，通過(guò)此推導(dǎo)方程，利用光譜估計(jì)研究區(qū)中SiO2的含量(Y.Ninomiya&T.Massunaga)。SiO2含量的估算：第112頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第113頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第114頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

6.5熱紅外遙感在其它領(lǐng)域的應(yīng)用如地震預(yù)測(cè)、利用發(fā)射率制圖進(jìn)行地物識(shí)別、利用熱紅外多光譜遙感技術(shù)提取和識(shí)別巖石礦物信息、在城市環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用、在現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)中的作用等。第115頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在地震預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用第116頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六利用發(fā)射率制圖進(jìn)行地物識(shí)別第117頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7.問(wèn)題與討論溫度與發(fā)射率的分離定標(biāo)與大氣校正角度影響尺度精度結(jié)果校驗(yàn)與評(píng)價(jià)第118頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六參考文獻(xiàn)[1]趙英時(shí)等，遙感應(yīng)用分析原理與方法，科學(xué)出版社，2003.[2]徐冠華.論熱紅外遙感中的基礎(chǔ)研究，中國(guó)科學(xué)（E輯），2000，30（8）：1~5[3]柳欽火地表溫度的遙感反演方法及應(yīng)用，北京大學(xué)博士研究生學(xué)位論文1997年6月[4]郭裕元，程紅.熱紅外遙感的成像原理及溫度定標(biāo).影像技術(shù)1998（4），37~42[5]宮鵬，史培軍等.對(duì)地觀測(cè)技術(shù)與地球系統(tǒng)科學(xué).北京：科學(xué)出版社，1996，1~208[6]梅安新，彭望祿等.遙感導(dǎo)論高等教育出版社，2001年[7]陳良富，徐希儒，張仁華.地表溫度遙感反演的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，地理科學(xué)進(jìn)展，1998，17（增刊）：208-215[8]李小文等.地球表面熱量交換定量遙感研究，1998，國(guó)家攀登項(xiàng)目書(shū)[9]李小文，汪駿發(fā)等.多角度與熱紅外對(duì)地遙感，2001，科學(xué)出版社[10]張仁華.對(duì)熱紅外遙感的一些思考，1999，國(guó)土資源遙感，39（1）[11]WanZ&LiZ-L.,1997,Aphysics-basedalgorithmforretrievingland-surfaceemssivityandtemperaturefromEOS/MODISdataIEEETrans.Geosci.RemoteSens.,35(4):986-996[12]SobrinoJA,RaissouniN.Towardremotesensingmethodsforlandcoverdynamicmonitoring:applicationtoMorocco.InternationalJournalofRemoteSensing,2000,21(2)：353-366[13]A.Berk,G.P.Anderson.MODTRAN4User’sManual..AirForceResearchLaboratorySpaceVehiclesDirectorate.1June1999.第119頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六[14]張仁華.實(shí)驗(yàn)遙感模型及地面基礎(chǔ)科學(xué)出版社，1996年[15]Y.NINOMIYA,T.MATSUNAGA,Y.YAMAGUCHIAcomparisonofthermalinfraredemissivityspectrameasuredinsitu,inthelaboratory,andderivedfromthermalinfraredmultispectralscanner(TIMS)datainCuprite,Nevada.U.S.A.INT.J.REMOTESENSING,1997,VOL.18,No.7,1571-1581[16]AnneB.KahleandAlexanderF.H.Goetz,MineralogicInformationfromaNewAirborneThermalInfraredMultispectralScanner[17]ShuichiRokugawa,I.Sato,Y.Yamaguchi,H.WatanabeEstimationoflandsurfacecharacteristicsusinganairborneASTERsimulator[18]S.M.Adler-Golden,M.W.Matthew,L.S.Bernstein,et.,AtmosphericCorrectionforShort-waveSpectralImageryBasedOnMODTRAN4[19]T.J.Cudahy,K.Okada,Y.Ninomiya,et.,MappingFeldsparMineralogyInIgneousRocksUsingAirborneHyperspectral9-11μmReflectance,PresentedattheThirteenthInternationalConferenceonAppliedGeologicRemoteSensing,Vancouver,BritishColumbia,Canada,1-3March1999[20]W.M.Calvin,R.G.Vaughan,J.Taranik,et.,SpectralAnalysisofSEBASSDataAtmosphericCorrection,CalibratedSurfaceEmissivityAndMineralMapping.PresentedattheFourteenthInternationalConferenceonAppliedGeologicRemoteSensing,LasVegas,Nevada,6-8November,2000[21]Vaughan,R.G.,Calvin,W.M.,et.,AnalysisofMineralAlterationintheVirginiaRange,Nevada,WithSEBASSHyperspectralThermalInfraredData.PresentedattheFourteenthInternationalConferenceonAppliedGeologicRemoteSensing,LasVegas,Nevada,6-8November,2000第120頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六[22]傅碧宏丑曉偉.利用熱紅外多光譜遙感技術(shù)提取和識(shí)別巖石、礦物信息，遙感技術(shù)與應(yīng)用，1994Vol.9（1）[23]Y.NinomiyaT.Massunaga.用模擬遙感數(shù)據(jù)估算巖石中SiO2的含量-以美國(guó)內(nèi)華達(dá)州Cuprite巖石鋸開(kāi)面測(cè)量的熱紅外光譜數(shù)據(jù)為例[24]二官芳樹(shù)，傅碧宏.帕米爾東北緣ASTER多光譜熱紅外遙感數(shù)據(jù)的巖性信息提取，新疆地質(zhì)，Vol.21(1)[25]馬建文，朱章森，楊武年.利用TM圖像波段比值、熱紅外圖像復(fù)合處理識(shí)別巖石類型成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1998Vol.25（增刊）[26]周彥儒熱紅外遙感技術(shù)在地?zé)豳Y源調(diào)查中的應(yīng)用和潛力國(guó)土資源遙感，1998，4[27]楊波，吳德文等遙感技術(shù)在騰沖西南地區(qū)地?zé)豳Y源研究預(yù)測(cè)中的應(yīng)用國(guó)土資源遙感，2003，2[28]覃志豪,M.Zhang,A.KarnieliandP.Berliner,2001,用陸地衛(wèi)星TM6數(shù)據(jù)演算地表溫度的單窗算法[J].地理學(xué)報(bào),56(4)，456-466.[29J.C.Jiménez-Mu?ozandJ.A.Sobrino,Ageneralizedsingle-channelmethodforretrievinglandsurfacetemperaturefromremotesensingdata[J].J.Geophys.Res.,2003.[30]Wan,Z.M.,andZ.L.Li,1997,Aphysics-basedalgorithmforretrievingland-surfaceemissivityandtemperaturefromEOS/MODISdata.IEEETrans.GeoscienceremoteSens.,35(4):980-996.[31]利用ASTER遙感數(shù)據(jù)反演陸面溫度的算法及應(yīng)用研究劉志武,黨安榮,雷志棟,黃聿剛2003年9月地理科學(xué)進(jìn)展,22(5):507-516[32]A.M.Pérez,2003,AnalgorithmforretrievingsurfacetemperaturefromLandsat-7ETM+thermalinfrareddata.RemoteSensingofEnvironment,(submitted)[33]Sobrino,J.A.,Coll,C.,andCaselles,V.,1991,AtmosphericcorrectionforlandsurfacetemperatureusingNOAA-11AVHRRchannels4and5.RemoteSensingofEnvironment,38,19-34第121頁(yè)，共126頁(yè)，2023年，2月20日，星期六[34]D.AndingandR.Kauth,1970.Estimationofseasurfacetemperaturefromspace.RemoteSens.Environ.,1,217-220.[35]C.Prabhakara,G.Dalu,andV.G.Kunde,1974.Estimationofseasurfacetemperaturefromremotesensinginthe11-13mwindowregion.J.Geographys.Res.,79,5039-5044.,[36]L.M.McMillin,1975.Estimationofseasurfacetemperaturesfromtwoinfraredwindowmeasurementswithdifferentabsorption.J.Geographys.Res.,80,5113-5117.[37]P.Y.DeschampsandPhulpin,1980.Atmosphericcorrectionofinfraredmeasurementsofseasurfacetemperatureusingchannelsat3.7,11and12m.BoundaryLayerMeteorol.,18,131-143.[38]E.P.McClain,W.G.Pichel,C.C.Walton,Z.Ahmad,andJ.Sutton,1983.Multichannelimprovementstosatellite-derivedglobalseatemperatures.Adv.SpaceRes.,2,43-47.[39]Qin,Z.,G.Dall'Olmo,A.Karnieli,andP.Berliner.2001,Derivationofsplitwindowalgorithmanditssensitivityana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