地表温度的定义与作用及遥感反演方法

(一)参数定义与作用
地表温度即地球表面的辐射温度，是用来反映地表的冷热状况及空间变化的物理量。可用于地表热异常、城市热岛、热污染的监测，也是研究土壤含水量、作物干旱程度、地表蒸散等生态要素以及城市热环境等环境要素的关键参数。
(二)遥感反演方法
在已知地表比辐射率的前提下，利用各种对大气辐射传输方程的近似和假设，相继提出了多种地表温度反演的算法，如单通道算法、多通道算法、单通道多角度算法、多通道多角度算法等。其中单通道法是利用卫星传感器上单独的一个热红外通道(一般选在大气窗口内)获得的辐射能，借助于探空或卫星遥感确定的大气廓线(温度、湿度、压力)，结合辐射方程来修正大气和比辐射率的影响，从而得出地表温度。
由于环境一号卫星热红外相机只有一个热红外通道，因此本节主要涉及单通道温度反演算法。目前常用的单通道算法主要有三种:辐射传输模型法、单窗算法和普适性单窗算法。
1.辐射传输模型法
辐射传输模型法利用Lowtran Modtran等大气辐射传输模型模拟卫星热红外通道的地磁波传输情况，通过设定卫星过境时的大气温湿廓线和太阳、地物的几何成像特征模拟得到大气透过率和大气上下行辐射等参数与地表比辐射率一起代入辐射传输方程获得地表温度信息。从理论上，该方法是三种方法中精度最高的，但由于往往很难获取卫星过境时同步的大气温度、湿度廓线数据，而只好使用标准廓线数据替代。这给辐射传输模型方法地表温度反演带来很大误差，而限制了该方法的使用。当前，Modis Ais 等些传感器已经可以反演得到大气的温、湿廓线，有望在该方法上取得一定突破。
2.单窗算法
覃志豪的单窗算法是最早提出的较为简单、适用的一种单通道地表温度反演算法。该方法引入大气平均作用温度Ta来估算大气上行辐射，并假定大气下行辐射等于大气上行辐射。
3.普适性单窗算法
普适性单窗算法，是通过对不同大气席线状况下的热红外辐射进行模拟，估算得到地表温度反演中需要的大气参数。