長春地區地表溫度反演研究

程穆陽　萬魯河　李曉萌

摘 要：2013年2月11日，Landsat8衛星成功發射升空，遙感數據有了新的來源。本文分析了現今最適合Landsat8 TIRS傳感器特性的單窗算法，并利用現有長春市2015年Landsat8衛星遙感數據對長春市地表溫度進行實例反演，分析了長春及周邊地區的地表溫度及植被分布特征，并以此為根據為長春日后的城市建設提供個人建議。

關鍵詞：Landsat8;單窗算法;溫度反演

中圖分類號：P237文獻標識碼：A

地表溫度在地球便面自然生態環境的研究中，一直是一個極為重要的物理指標。Landsat7的單熱紅外波段的單窗算法早已被認可并廣泛應用與科學研究中，此算法用來反演地表溫度的精度高，需要的參數較少。由于band11的不穩定性，本文將band10看作Landsat8的單熱紅外波段，針對該波段，利用單窗算法對長春植被分布及地表溫度進行反演[1]。

1 研究區概況

長春市是吉林省的省會，地理位置處于北半球中緯度的北溫帶，地處隆起區與沉隆區之間，形成了自東向西由高至地的地貌特點。長春屬于自濕潤區向亞干旱區過渡的過度性地帶。

2 研究內容

本文采取了覃志豪單窗算法原理，以熱輻射傳導方程為基礎，針對現有最新的Landsat8衛星遙感數據對長春市地表溫度進行反演，因為本文將Landsat8TIRS的band10看作該遙感數據的單熱紅外波段進行輻射定標，使用已經修正過后的最新參數用于長春地區的溫度反演實驗，計算地表比輻射率，反演得到長春植被覆蓋圖像以及較準確的地表溫度分布圖像，并以此為基礎，對長春城市未來規劃建設提建議，本研究利用Landsat8數據反演試驗區地表溫度，并且基于Landsat8數據相對老數據更加精準的溫度反演對于城市建設也有著重要指導意義。[2-3]。

3 算法原理

4 反演結果

經實驗驗證，通過Landsat8遙感數據計算的植被覆蓋圖像比較吻合長春區域的實際地理植被分布情況。

Landsat8遙感數據使用原有LandsatTM/ETM+算法參數進行溫度反演誤差極大，無法用于科學研究使用。

使用修正后的定標參數及算法參數反演地表溫度，經與中國氣象網獲取的當日氣溫數據對比，反演出的最高氣溫為17℃，最低氣溫為2℃，與當日氣溫誤差在3℃以內，反演結果比較準確，單窗算法適用于Landsat8熱紅外遙感數據反演地表溫度的科學研究。

5 結論

（1）長春市區大部分面積較長春周圍郊區溫度高4℃以上，符合城市熱島效應原理。

（2）長春市區內主要高溫地點集中于人民廣場、黑水路、紅旗街、桂林路等商圈附近。長春市內低溫區域主要集中在南湖、北湖、長春西湖、濱河等湖泊或河流附近。

（3）長春郊區氣溫相對城市較低，裸地溫度高于森林等高植被覆蓋地區溫度，低溫地區主要集中在凈月潭、卡倫水庫、八一水庫、新立湖水庫等湖泊和人工水庫。

（4）長春綠化建設較好，但城市熱島效應問題依然嚴重，今后城市建設已就應該經濟建設與生態建設并舉進行。

（5）在缺少大氣詳細數據以及大氣含水量情況下，使用Landsat 8 band10進行地表溫度反演，根據精度評估，反演結果與實際情況相符，精度比較準確，但仍然存在一定誤差，今后應針對大氣水量變化對算法進行進一步修改或者針對Landsat 8 band11不穩定波段提出新的適合的溫度反演算法。

參考文獻：

[1]時向勇.復雜地面背景的大氣程輻射遙感反演及其應用研究[D].上海大學，2012.

[2]李健.長白山地區地表溫度反演研究[D].吉林大學，2005.

[3]朱文娟.基于ETM+熱紅外波段的南京地區地表溫度反演算法研究[D].南京農業大學，2008.

[4]馮文峰.基于TM/ETM數據的城市地表溫度研究[D].河南大學，2008.

作者簡介：程穆陽（1994-），男，碩士研究生，主要從事地理信息系統應用設計與空間數據挖掘研究。

*通訊作者：萬魯河（1967-），男，教授，博士生導師。