基于Landsat TM 数据的祁连县地表温度反演

资源与环境　２０１４年第１８期ｌ科技创新与应用　基于Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ数据的祁连县地表温度反演　杨扬　王庆丹：　（１、青海师范大学生命与地理科学学院青藏高原环境与资源教育部重点实验室，青海西宁，８１０００８　２、江苏省沛县规划测绘队，江苏沛县２２１６００）　摘要：以青海省祁连县为研究对象，利用覃志豪单窗算法对２００９年７月遥感影像数据进行地表温度反演，将反演结果进行等　间距分类后得到地表温度等级图。研究结果表明：单窗算法可以对天山山区地表温度进行有效反演，具有一定可靠精度。不同的　土地利用方式对地表温度具有不同的影响，其中建设用地温度明显偏高具有热岛效应。　关键词：Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ；地表温度；祁连县　地表温度（Ｌａｎｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＬＳＴ）是研究地表与大气　之问辐射和能量通量传输的重要参数ｌｌｌ。在我国西北干旱区，融雪径　流是水资源的重要补给来源目，而山区地面温度是影响融雪径流的　重要因子，它对该区域的水文研究具有重要意义［３１。利用卫星遥感技　也表现出与地形地貌相一致的条带区域性。　由于祁连县的地表覆盖类型多为植被，其下垫面介质的反射率　比水体的反射率小，能吸收更多的太阳辐射。其中裸土裸岩地带，植　被覆盖度低，土壤含水量少，用于蒸发消耗的热量少，这些因素促使　术反演的大面积地表温度信息已被广泛地应用在农作物估产、作物　长势和农业旱情监测等方面，而地表温度的反演精度直接影响到遥　感技术在农业上应用的效果　。　地表温度的空间差异较大，地表温度的大面积观测需要大量的　人力和物力，利用卫星热红外传感器获取大范围地表温度是有效的　途径之一　。随着遥感卫星空间分辨率和光谱分辨率的发展，当前，　ＭＯＤＩＳ、ＡＶＨＲＲ、ＴＭ、ＥＴＭ＋等都是地表温度空间分布遥感反演的重　要数据来源【３Ｉ。Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ是一种非常重要的反演地表温度的数据，　基于辐射传输过程的辐射传输方程算法以及单通道算法可以较好　的反演。　１研究区概况及数据准备　１．１研究区概况　祁连县位于青海省东北、海北藏族ｆｊ治州的西北部，地处祁连　山中段。东与门源县、大通县接壤，南与海晏县、刚察县相连，西与天　峻县为邻，北及西北与甘肃省酒泉市、肃南县、民乐县、山丹县为界。　地理坐标为９８。０５　３５”Ｅ一１０１。０２＂０６”Ｅ，３７。２５　１６”Ｎ一３９。０５　１８”Ｎ，平均　海拔３５００ｍ。县境沿祁连山南麓呈北西一南东向的不规则长条形，南　北宽约１８５ｋｍ，东西长约２８０ｋｍ。总面积１４７８１ｋｍ　，占青海省总面积　的２．０５％，海北藏族自治州总面积的４３％。祁连县地处高寒山区，属　大陆性高寒山区气候。寒冷期长，四季难分，其降水主要集中于５－９　月份。中山下部属半干旱草原气候，年均温２－５℃，年降水量２５０—　３００ｍｍ。中山上部为半湿润森林草原气候，年均温０—１℃，年降水量　４００—５００ｍｍ、亚高山和高山属寒冷湿润气候，年均温一５℃左右，年降　水量约为８００ｍｍＩ６１。　１．２数据来源及预处理　研究中所使用的遥感影像为Ｌａｎｄｓａｔ一５ＴＭ影像，下载地址为美　国地质勘探局网站（ＵＳＧＳ），网址为ｈｔｔｐ：／／ｇｌｏｖｉｓ．ｕｓｇｓ．ｇｏｖ／。考虑到影　像的覆盖范围及成像时间，选用了可以覆盖祁连县大部分区域的　Ｌａｎｄｓａｔ一５ＴＭ影像，其影像分辨率为３０ｍ，影像轨道号为Ｐ１３４Ｒ０３３，　成像日期为２００９年７月１７日，成像时间为北京时间１ｌ：５０ａｍ，影像　云覆盖率为０．３５％。　在使用卫星资料时，需要对其进行几何精校正，并且将其重采　样到３０ｍ的像元分辨率，然后裁剪出研究区域。对研究区域进行辐　射定标、大气校正以及地形校正，以获得较为准确的地表反射率。　２研究方法　由于Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ仅有一个热红外波段，所以文章主要根据覃　志豪等　推导出的单窗算法反演研究区的地表温度。首先对ＴＭ热　红外波段按照下式求算卫星高度的像元亮温值ｆＴｓ）：　＝［％（１－Ｃ６－Ｄ６）＋［ｂ６（１－Ｃ６－Ｄ６）＋Ｃ６＋Ｄ６］Ｔ６－Ｄ６Ｔ￣］／Ｃ６　公式（１）　式中，Ｔ　为地表真实温度（Ｋ）；Ｔ　为大气平均作用温度（Ｋ）；Ｔａ利　用覃志豪经验公式，计算得到Ｔａ＝一１６．０１１０＋０．９２６２１Ｔｏ，ａ６、ｂ　为常量，　一般情况下，取值ａ６＝一６７．３５５３５１，ｂ６－０．４５８６０６；Ｃ６和Ｄ　是中间变量，　可由Ｃ　＝ｅ６＂ｒ　、Ｄ　＝（１—８６）［１＋（１一￡６）Ｔ６］计算得到。Ｔ。为地面附近的气温　ｆＫ），￡　为地表辐射率，可由归一化植被指数ＮＤＶＩ进行估算　；Ｔ６为　大气透射率，由水汽含量换算而得。　３结果与分析　利用单窗算法，在ＡｒｃＧＩＳ１０．０支持下，反演出研究区域２００９年　７月１７日的地表温度。由图１可以看出，地表温度与地形地貌之间　有着密切关系，温度较低区域分布在研究区北部、中部和南部等边　缘地带，与山体走向基本一致，呈带状分布，普遍在０℃以下。温度较　高区域分布县城及周边建筑用地区域，普遍温度高于２８℃，总的来　看，祁连县的地表温度分布表现为连续渐变性。但从变化梯度上看，　绿洲周围的荒漠地表温度比植被、水体等下垫面温度高，从而呈现　沿中心逐渐向四周增高的分布规律，表现出植被有较好的降温效　应。通过计算发现研究区下垫面温度主要集中在一６—４６℃，其中，冰　川、水体温度在一６～１３ｑ０，表现为低温区；耕地、草地及林地的地表温　度主要集中分布于１３￣２８℃，变现为中温区，而城乡居住建设用地及　裸土裸岩分布区域的地表温度则绝大多数高于２８ｑＣ，局部的地表温　度达到４０℃以上，为高温分布区，表现出较为明显的热岛效应。　图１祁连县地表温度分布图　４结束语　使用２００９年７月１７日的ＴＭ数据反演祁连县的地表真实温　度，研究区内温度总的分布既表现出连续渐变性，但从变化梯度上　看，也表现出与地形地貌相一致的条带区域性。这说明反演结果较　为合理，精度可以被接受。　地表温度随海拔的增高而降低，不同的土地利用方式对地表温　度的影响不同，其中建设用地具有热岛效应，从而温度明显偏高。植　被盖度程度和覆盖类型对地表辐射的影响也不相同，从而也造成地　表温度不同的分布。　随着祁连山区地区城镇化建设的发展，人类活动的不断增强，　祁连县的土地利用覆盖方式的多样化，植被状况对地表温度的影响　作用也不断变化，作为生态脆弱区，合理布局和发展城镇建设并注　重植被的保护，对绿洲的可持续发展具有重要意义。　参考文献　［１］赵静，宫阿都，徐捷．国内外城市热岛研究进展『ＪＪ＿自然灾害学报，　２００８，１７（６）：６４－６７．　【２１房世峰，裴欢，刘志辉，等．遥感和ＧＩＳ支持下的分布式融雪径流　过程模拟研究『Ｊ］＿遥感学报，２００８，１２（４）：６５５—６６２．　［３］王建，沈永平，鲁安新，等．气候变化对中国西北地区山区融雪径　流的影响『Ｊ１．冰川冻土，２００１，２３（１）：２８—３３．　［４］白洁，刘绍民，扈光．针对ＴＭ／ＥＴＭ＋遥感数据的地表温度反演与验　证ＩＪＪ．农业工程学报，２００８，２４（￣：１４８—１５４．　［５］刘朝顺，高炜，高志强，等．基于ＥＴＭ＋遥感影像反演不同土地利用　类型地表温度的研究ｆＪ］．南京气象学院学报，２００８，３１０）：５０３—５１０．　［６１海显仑，马生林．祁连县志ｆＭ１．甘肃：甘肃人民出版社，１９９３．