热红外与微波地表温度转化机制研究

The land surface temperature is one of the main parameters for studying global climate and environment changes. At present, the land surface temperature inversion based on the thermal infrared and passive microwave remote sensing technology has already made significant achievements. As there are some differences between thermal infrared and microwave on the land surface penetration depth and active mechanism, so the land surface temperatures on the bands of thermal infrared and microwave are different. The insufficient understanding on the information transmission and transformation mechanism of the surface temperature limits the combined application between the thermal infrared and microwave remote sensing. The project, which is based on the radiation tansmission mechanism and is using the field test and the computer simulation as main means, will analyze the influencing factors and the transformation model of the land surface temperature between the two bands. This will solve the problem of the land surface temperature equivalent transformation in the combined application between the thermal infrared and passive microwave remote sensing. The results have important scientific significance and application values for understanding the surface temperature inner relationship and effectively combined application between thermal infrared and passive microwave remote sensing.

地表温度是研究全球气候和环境变化的主要地表参数之一。目前，基于热红外与被动微波遥感技术的地表温度反演研究得到了广泛开展并已取得显著研究成果。由于热红外与微波波段电磁波对地表穿透深度及作用机理存在差别，导致地表温度在两个波段上存在较大的差异。目前，对地表温度在热红外与微波波段上的信息传输及转化机制的认识不足限制了热红外与被动微波遥感的有效联合应用。本项目以野外试验与计算机模拟为主要手段，基于辐射传输机理，分析地表温度在热红外与微波波段的影响因素与信息传输机制，试图构建热红外与微波地表温度的转化模型，解决热红外与被动微波联合应用中的地表温度等效转换问题。研究成果对理解地表温度在热红外与微波波段之间的内在联系、促进热红外与被动微波遥感的协同有效联合应用具有重大的科学意义和应用价值。

本项目研究在热红外与被动微波协同反演与联合应用中地表温度在热红外与微波波段的转化机制，以裸土和植被覆盖地表为对象，重点研究地表温度在热红外与微波波段上产生差异的主要影响因素与作用机制；研究地表植被冠层参数在光学与微波遥感信息中的传输机制；开展光学、热红外、微波的多元数据协同的地表参数反演研究等。项目研究期内，课题组利用多年的气象观测数据驱动土壤水热耦合(SHAW)模型建立土壤温湿度廓线数据库，计算不同天气条件下逐时的L波段土壤等效温度与红外皮肤温度，分析L波段土壤等效温度与热红外皮肤温度的差异，提出在土壤等效温度模型中通过引入土壤热红外温度时间序列数据信息以提高温度转化模型计算精度的有效方法；以玉米农作物为例，基于理念株思想构建了玉米植被冠层不同生长期的冠层热辐射方向性模型，基于植被参数、土壤湿度及观测几何等各参数与地表温度在热红外微波波段间差异及敏感性分析，确定了以冠层水分含量和土壤水分含量为温度转化模型关键主导因子的植被覆盖地表条件下的温度转化模型；基于光学及微波辐射传输模型，开展植被覆盖地表的光学与微波散射辐射特性的联合模拟，详细分析了不同波段、不同极化的遥感数据对地表植被冠层和土壤水分等参数的敏感性，构建了光学微波协同反演土壤水分、冠层LAI等参数的协同反演算法。项目研究成果有效加深了对不同波段遥感数据源内在联系的理解，为促进光学微波遥感数据的协同应用提供强有力支撑。