庫爾勒市地表溫度反演

黃波

摘 要：地表溫度（LST）是地表自然生態(tài)環(huán)境的一個重要指標，是水平衡和地面能量平衡中的重要參數(shù)。本次研究采用庫爾勒市Landsat8第10波段數(shù)據(jù)，利用單窗算法反演該地區(qū)2017年8月7日的地表溫度。得到庫爾勒市該日最高溫度為56.21℃，平均溫度為38.61℃。

關(guān)鍵詞：Landsat8;單窗算法;庫爾勒;地表溫度

1 緒論

地表溫度（Landsurfacetemperature，LST）是地表自然生態(tài)環(huán)境的一個重要指標，是水平衡和地面能量平衡中的重要參數(shù)，它影響著地表和大氣之間能量互換 和水熱均衡過程，在地表研究中扮演著主要的作用，在氣候氣象，農(nóng)業(yè)林業(yè)，生態(tài)環(huán)境，地質(zhì)和勘察等范疇也有著特別廣泛的應(yīng)用。近年來對于Landsat 8地表溫度的反演也有越來越多的學(xué)者參與其中。

現(xiàn)在主要用于地表溫度反演的方法基本都是基于物理模型的方法，對于單通道主要有三種，輻射傳輸方程法、單窗算法、還有普適性單通道算法。輻射傳輸方程法，在有實時大氣廓線數(shù)據(jù)時，能使用如今成熟的大氣輻射傳輸模型計算獲得大氣輻射和大氣透過率，然后帶入輻射傳輸方程就能夠根據(jù)地表發(fā)射率和輻射亮度值獲得溫度。單窗算法是通過熱輻射傳輸方程，通過各種參數(shù)來估算的溫度。普適性單通道算法算法是一種適合任何熱紅外數(shù)據(jù)反演溫度的方法，該算法只需要大氣水汽含量和地表比輻射率兩個參數(shù)。

2 地表溫度反演

對于本次地表溫度反演，研究區(qū)為庫爾勒市，位于新疆維吾爾自治區(qū)的中部，區(qū)域位置為東經(jīng)85°14′10″-86°34′21″、北緯41°10′48″-42°21′36″。該市氣候特點是暖溫帶大陸性干旱氣候。研究數(shù)據(jù)采用在美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）上下載的Landsat8數(shù)據(jù)，主要采用該數(shù)據(jù)的第10波段反演溫度。

研究采用單窗算法，該算法是通過熱輻射傳輸方程，通過各種參數(shù)來估算的溫度。是用于Landsat 數(shù)據(jù)溫度反演的主要方法之一，主要參數(shù)有地表比輻射率和大氣平均作用溫度及其大氣透過率。對于地表比輻射率可通過歸一化差分植被指數(shù)NDVI和歸一化差分水體指數(shù)MNDWI作為參數(shù)計算。對于大氣平均作用溫度，該地區(qū)位于中緯度地區(qū)，且反演溫度時間為夏季，可以采用近地表大氣溫度通過中緯度夏季的大氣平均作用溫度估算公式計算，而近地表大氣溫度和大氣透過率，可以通過NASA網(wǎng)站上的大氣校正計算器得到，對于該次溫度反演，采用的是2017年8與月7日的Landsat8數(shù)據(jù)，計算得到大氣透過率為0.82，近地表大氣溫度為308.55K。將參數(shù)代入單窗算法模型反演得到地表溫度反演結(jié)果圖1。

3 反演結(jié)果分析

對本次Landsat8數(shù)據(jù)單窗算法反演庫爾勒市2017年地表溫度的結(jié)果進行分析，最高溫度為56.21℃，平均溫度為3861℃，標準差為8.21，溫度主要集中在31-44℃，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)上的氣象站點數(shù)據(jù)，反演精度良好。參考前人的研究，為進一步定量分析地表溫度，利用空間特征定量分析有很好的效果，本文利用反演結(jié)果的均值和標準差來作為溫度分級的參數(shù)來對溫度分級得到溫度強度，根據(jù)不同的閾值將溫度分為低溫區(qū)、次中溫度、中溫區(qū)、次高溫區(qū)、高溫區(qū)5級，得到圖2溫度強度圖。

結(jié)合溫度反演結(jié)果圖，溫度強度和實際土地利用覆被分析，對于城市邊緣的沙漠和沙土及其建城區(qū)在反演結(jié)果圖中為西南地區(qū)和東北角，地面溫度高于平均溫度，溫度強度區(qū)間為次高溫區(qū)、高溫區(qū);對于城市中間和北部的綠色低溫區(qū)和次中溫度，主要是人工林等植被覆蓋區(qū)域，而在左側(cè)的紅色的高溫區(qū)中，有一條線狀的次中溫區(qū)域，結(jié)合實際，發(fā)現(xiàn)該線狀低溫區(qū)域為孔雀河，為水體覆蓋區(qū)。

綜上得到結(jié)論，Landsat8第10波段數(shù)據(jù)單窗算法反演地表溫度在庫爾勒市適用;對于庫爾勒市溫度分布，受沙土和城市主要建城區(qū)影響，庫爾勒市高溫區(qū)和次高溫區(qū)主要在庫爾勒市的周邊地區(qū)和城區(qū)。而受人工林地種植及其植被影響，低溫區(qū)和次中溫區(qū)域主要集中在城市中部和城市北部地區(qū)。不同地物對溫度影響對比可以看出：在夏季的白天，植被覆蓋對區(qū)域溫度有降低作用，建筑及沙土覆蓋對區(qū)域溫度有增強作用，水體覆蓋對區(qū)域溫度有降低作用。

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