基于普適性單通道算法的HJ-1B長江口溫度反演

黃波 鄧冉

摘? 要：長江口是上海市重要的水源地，是東海帶魚的主要產(chǎn)卵地，對周邊農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)及居民生活都有著重大影響。該文基于HJ-1B/IRS數(shù)據(jù)，采用普適性單通道算法進行長江口溫度反演，利用MODIS溫度產(chǎn)品MOD28和對比分析。結果顯示：該方法反演的長江口溫度和MOD28產(chǎn)品溫度誤差為+0.23℃，相關性為0.94，反演結果良好。

關鍵詞：長江口;溫度;普適性單通道算法;HJ-1B/IRS;MOD28

中圖分類號 X87文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）12-0145-2

1 引言

長江口是東海帶魚的主要產(chǎn)卵地。長江口的地表及其海表溫度，對周邊氣候變化以及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)和人們的生活都有著重大的影響。長江口的主要地表覆蓋特征決定了其氣候具有周期性和不規(guī)則的變化特征，而其主要取決于熱收支狀況及其時間變化。研究長江口溫度，既是研究大氣、長江口海氣交換的1個基本參數(shù)，也是了解該區(qū)域氣候變化的一個重要標志。

HJ-1B衛(wèi)星是中國環(huán)境小衛(wèi)星中重要的環(huán)境和災害遙感監(jiān)測工具。對于溫度反演，有學者基于單通道算法提出了適用于所有熱紅外波段德普適性單通道算法計算溫度。段四波等在2008年修改了算法中的大氣函數(shù)，得到適用于我國環(huán)境一號衛(wèi)星紅外相機中單通道反演溫度的算法。為此，本次研究采用該算法，對HJ-1B/IRS數(shù)據(jù)進行長江河口海表溫度反演，并且利用MOD28數(shù)據(jù)驗證反演結果[1]。

2 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū) 研究區(qū)為長江口，為長江在東海入?？诘囊欢螀^(qū)域，是上海市重要的水源地，兼具工農(nóng)業(yè)取水、圍墾、通航、生態(tài)、納污等多種功能。處于我國重要的經(jīng)濟區(qū)長三角地區(qū)的核心區(qū)域，地理位置特殊，是中國最重要的港口之一。

2.2 研究數(shù)據(jù) 研究數(shù)據(jù)是環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座的1顆衛(wèi)星HJ-1B，該衛(wèi)星搭載了CCD相機和紅外相機（IRS），采用的數(shù)據(jù)時間為冬天無云的晴天，時間為2011年1月12日上午10∶26。采用Terra衛(wèi)星上搭載的MODIS 1B數(shù)據(jù)用作研究中的水汽反演數(shù)據(jù)，同時采用MODIS的標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOD28用于最后的反演結果驗證。

3 HJ-1B衛(wèi)星數(shù)據(jù)長江口溫度反演方法

本次HJ-1B衛(wèi)星的溫度反演，主要采用HJ-1B衛(wèi)星的IRS傳感器中的第4波段，通過前人的研究的普適性單通道算法參數(shù)，得到長江口溫度，此算法中考慮到大氣的影響。首先，在資源環(huán)境應用中心下載HJ-1A1B（環(huán)境小衛(wèi)星）數(shù)據(jù)處理程序，ENVI功能擴展中加入程序?qū)?shù)據(jù)進行預處理，在預處理階段主要是涉及到輻射校正和幾何校正，輻射校正。對處理的結果用普適性單窗算法可以得到SST，該算法的主要公式如下：

在水汽含量參數(shù)的確定方面，通過資料文獻的閱讀，對前人的研究做出分析，發(fā)現(xiàn)HJ-1B數(shù)據(jù)做水汽含量的估算比較復雜，本次采用在MODIS同時期的數(shù)據(jù)得到水汽含量，MODIS的水汽產(chǎn)品和通過MODIS 1B數(shù)據(jù)做出來的水汽含量對比，發(fā)現(xiàn)用MODIS 1B數(shù)據(jù)反演出來的同時期的水汽含量更加適合HJ-1B/IRS數(shù)據(jù)海表溫度反演研究。因此，可以用MODIS 第2和19波段來反演大氣水汽含量，對于MODIS圖像中的任何一個像元，其大氣水汽含量用下式估計：

4 結論與討論

對于HJ-1B數(shù)據(jù)，采用普適性單通道算法反演2011年1月12日長江口溫度。為了得到的結果方便和MOD28數(shù)據(jù)對比分析，將反演結果分辨率從150m降到1km，得到結果如圖2所示（左）。對于MODIS溫度產(chǎn)品MOD28，對數(shù)據(jù)采用SeaDAS軟件進行格式轉換，轉換格式后用ENVI對圖像進行幾何校正和裁剪，利用波段運算對像元的灰度值進行修改，使其成為溫度值，得到溫度結果如圖2所示（右）。

根據(jù)反演結果可以看出，HJ-1B/IRS和溫度產(chǎn)品MOD28具有一定的一致性，兩者長江口的溫度都基本集中在6～8℃。對于HJ-1B/IRS數(shù)據(jù)，反演結果溫度最高為10.75℃，平均溫度為2.54℃;對于溫度產(chǎn)品，反演結果溫度最高為10.82℃，平均溫度為2.31℃。HJ-1B/IRS反演結果相對產(chǎn)品溫度誤差為+0.23℃，利用ENVI相關性分析結果顯示相關性為0.94。因此，HJ-1B衛(wèi)星數(shù)據(jù)采用普適性單通道算法在冬季反演長江口溫度可行。

參考文獻

[1]段四波，閻廣建，錢永剛，等.利用HJ-1B模擬數(shù)據(jù)反演地表溫度的兩種單通道算法[J].自然科學進展，2008（09）：1001-1008.

[2]黃妙芬，毛志華，邢旭峰，等.HJ-1B/IRS水溫反演模型及監(jiān)測示范[J].國土資源遙感，2011（02）：81-86.

[3]龔紹琦，陸品廷，孫德勇，等.HJ-1B/IRS熱紅外數(shù)據(jù)反演太湖水溫的方法比較[J].湖泊科學，2016（03）：645-653.

（責編：張宏民）