青藏高原MODIS地温产品无值区修复方法研究.pdfVIP

摘 要 地表温度是描述地表与大气之间物质交换和能量平衡的重要参数，被广泛应用于 旱情监测，估计蒸散，估计地球净辐射、感热和潜热通量，城市热岛效应评估，以及监 测土壤的干湿状况等。随着遥感技术发展，许多学者开展了利用热红外遥感反演地表温 度的方法研究。MODIS 的地表温度产品覆盖范围广、精度高、且免费，应用领域广泛。 但由于云、地形及传感器响应的影响，对于青藏公（铁）路沿线的高原区，经常出现较 大范围的无值区域，若要获得整个研究区内的空间栅格地温数据就需要对无值区域进行 修复处理。本文利用普适性单通道与单窗算法对TM 热红外数据进行了地表温度反演的 实践。将地物类型分为植被与非植被两类进行尺度效应和时间因子影响的消除。利用梯 度距离平方反比法和协克里格法空间插值法进行不同尺度的空间插值模拟，并与TM 回 归模型进行对比分析，优选出较佳的MODIS 地表温度无值区修复方法，实现对MODIS 地表温度无值区的修复。利用MODIS 数据一天内四个时间点的地表温度数据进行研究 区内日均地表温度的计算，并与利用气象站点空间插值生成的日均地表温度数据进行了 对比。主要结论有： 1）两种反演算法对TM 地表温度（白天）反演结果从空间分布上看均比较合理， 但单窗算法在研究区内平均地温值整体高估较多，比单通道算法平均地温值高估 5.18℃。 2 ）单通道8×8 均值的方法较适合植被覆盖区进行尺度扩展，其结果与MODIS 地 温数据的相关系数较高为0.835 。裸土区与MODIS 地温的相关性不如植被区，相关系数 为 0.687 。单窗三次卷积的方法更适合水体表面温度的尺度扩展，利用三次卷积方法的 相关系数为0.858 。 3 ）利用线性回归的方法建立了TM 地温与MODIS 地温的线性回归模型在植被区的 回归精度较高（MAXE ，1.441℃，RMSE ，0.727℃），非植被区的回归精度略差（MAXE ， -4.322 ℃，RMSE ，1.812℃）。 4 ）研究区内地表温度与纬度和海拔呈显著负相关，同经度和植被指数则呈正相关。 5 ）空间插值方法的插值精度随着待插值区范围的增大而减小，协克里格空间插值 法对无值区范围的变化比较敏感，梯度距离平方反比法更适合范围较大的无值区空间插 值。地物类型对空间插值精度的影响也较大，植被覆盖区的空间插值精度较地形复杂和 非植被区的精度高。 i 6 ）研究区利用气象站点插值生成的日均地温数据的精度与MODIS 日均地温数据相 比精度较差，变化舒缓的高平原和植被覆盖区的偏差较小，而在地形复杂相对高差大的 区域偏差较大。 关键字：地表温度；TM ；MODIS ；植被指数；空间插值 ii Abstract Land surface temperature(LST) is an important parameter for description of material exchange and energy balance between the surface and the atmosphere,and is widely used for drought monitoring, estimative evapotranspire, estimative net terrestrial radiation, sensible heat and latent heat flux, urban heat island effect assessment and humidity of the soil monitoring. A considerable amount of research has been conducted on estimating land surface temperature by thermal infrared data with the development of the remote sensing technology. The LST product of MOD