地基红外遥感反演地表温度算法研究

发布时间：2020-06-16 00:14

【摘要】：地表温度是地球科学研究中的一个重要参数,对地球上植被生长、气候变化和人类生产生活有着重要影响。同时地表温度观测也是地面气象观测业务的重要要素之一,当前,地表温度的地面观测方法主要有三种:玻璃液体温度计、铂电阻地温传感器及红外辐射测温法。我国气象台站目前主要采用铂电阻观测地表温度。但是利用铂电阻进行地温测量容易受到多重环境因素的影响,测量误差较大。红外辐射测温是地表温度测量领域出现的一种新的并且有效的测量手段,它是基于面温度的测量,测量值更具有代表性,且不受下垫面材料的限制,有很好的应用前景。它的主要优点是灵敏度高,响应快,并且不会对地表热平衡状态造成破坏。但使用红外测量地表温度,需要考虑发射率、大气辐射等的影响,测量过程中容易出现误差。本文主要对红外测温方法展开了研究,综合分析了红外测温系统中各个因素对测温精度的影响。以铂电阻传感器测得的地表温度为真值,研究地基红外遥感地表温度的反演计算方法,建立红外遥感地表温度的数值计算反演模型,使得反演得到的红外地表温度更接近于铂电阻所测温度,提高红外测量精度。本文设计并搭建了裸露土地、草面、水泥地面三个不同下垫面地表温度观测数据采集与分析的软硬件平台,对红外辐射及铂电阻测地表温度的原理与方法进行了分析。并选取2017年6月红外与铂电阻地温观测实验数据作对比分析,得白天各下垫面不同方式测得的温差比夜间大,白天铂电阻半露于地表,受太阳的直接辐射,使测量温度偏高;夜间没有太阳直接照射,铂电阻所测温度与地表辐射温度值接近;水泥面的日平均温度最高,接着是裸露土地,草面温度为最低。为提高红外测地表温度精度,本文以斯特潘-玻尔兹曼定律作为理论支撑,提出了一种由全辐射测温法反演地表温度的算法,并为进一步提高反演精度,利用回归模型对已有的反演算法进行了进一步的修正,结果表明,三种下垫面下,经回归模型修正后的红外地表温度都更加接近于铂电阻所测地表温度,达到了提高测量精度的效果。最后,为了确定太阳辐射对地表温度反演精度的重要影响,本文选用了BP神经网络反演算法,分有无加入同时刻太阳辐射数据两种情况进行讨论,确定了太阳辐射对红外反演地表温度精度的影响。本文提出的两种红外地表温度反演计算方法达到了课题的预期目的,能够实现不同下垫面地表温度的连续可靠的观测,为建立适应气象业务需求的红外遥感地表温度观测方法和业务应用推广提供了基础和依据。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P407.6
【图文】：

示意图,铂电阻

温度感应液体同玻璃容积的变化不同，玻璃液体温度计正是利用此二者的差值来测温度的。当温度计与被测介质达到热平衡时，感温液柱中心就是被测介质的温度。此种温度计结构不复杂，使用便利，温度测量量00～+600 ℃），读数直观，反应灵敏，操作简单，价格便宜，因而被多领域。用其测地温时，需要把它的一半插进地表，剩余的部分直接放中。但其测温反应时间较长，易受到空气等其他因素的影响，避免不了、时间滞后等误差，测到的温度数据不够准确。铂电阻温度传感器当温度变化时，铂的自身电阻值也跟着变化。铂电阻地温传感器正是利一特性来进行温度的测量。它由精密级铂热电阻和防护套构成，并通过线从敏感元件引出以测量温度，可采用四线制铂电阻法进行测量，从而电阻带来的误差。使用铂电阻测地表温度时，将其水平放于地表面，感半插进地表，剩余的部分直接放置在空气中，埋进去的那一半须紧密地，不能出现间隙，其埋设示意图如图 2-1 所示。

框图,红外测温系统,框图

成都信息工程大学硕士学位论文物体的温度大于绝对 0℃时，其内部热运动会使之不停地向周围传包括了位于 0.75～100μm 的红外线，物体的表面温度同红外辐射其按波长的分布之间关联十分紧密[17-18]。红外传感器感应物体发出遥测其表面温度。传感器通过辐射热效应，令探测部件接到辐射能高，并检测其中某一功能的变化，便可测出物体的辐射能。物体的所发出的红外辐射能的强度，用红外传感器进行温度的测量，得到，该过程所依据的原理即是测量物体辐射出的红外能量。图 2-2 所系统的工作原理。

【参考文献】