基于TM遙感影像的北京城區(qū)地表溫度反演研究

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1、基于TM遙感影像的北京地區(qū)地表溫度反演杜香霖2012045001鄧文星2012045002蔣偉2012045004目錄1項目概述21.1研究背景21.2研究意義21.3研究內容21.4研究方法22.2研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)資料獲取42.3遙感數(shù)據(jù)預處理62..3.1輻射定標62.4計算歸一化植被指數(shù)NDVI值112.5地表比輻射率計算132.6反演地表溫度173.分析總結19結果分析:191項目概述1.1研究背景地球表面溫度是一個重要的水文、氣象參數(shù)，它影響著大氣、海、陸之間的感熱和潛熱交換，是諸多研究領域不可或缺的基礎資料，精確定量反

2、演陸面溫度的成果將推動旱災預報和作物缺水研究、農作物產(chǎn)量估算、數(shù)值天氣預報、全球氣候變化和全球碳平衡等領域研究的進展。地表溫度在大氣與地表的物質與能量交換，植被生態(tài)，氣候變化等方面有著重要的應用。而遙感信息技術發(fā)展以來，以其獨特的優(yōu)勢在各個領域得到重大應用。利用熱紅外遙感可以在短時間內獲得大范圍、多時相、多分辨率的地表溫度及其溫度場空間分布信息，與傳統(tǒng)的觀測方式相比，具有快速、便捷、觀測范圍大和信息連續(xù)等優(yōu)點。因此，利用熱紅外遙感數(shù)據(jù)反演地表溫度的應用日趨廣泛，利用衛(wèi)星遙感資料進行地表溫度的反演也成為目前遙感定量研究中的重要任務之

3、一。1.2研究意義近年來“城市氣候和環(huán)境”問題引起了研究者的廣泛興趣，其中城市熱環(huán)境、城市熱島效應及其與環(huán)境的相互關系等領域是當前城市氣候與環(huán)境研究的中心問題[1]。地表溫度是很多環(huán)境模型的一個重要參數(shù)，在大氣與地表的物質與能量交換，天氣預報，氣候變化等方面有著重要的應用。利用熱紅外遙感[2]可以在短時間內獲得大范圍的地表溫度及其溫度場空間分布信息，與傳統(tǒng)的觀測方式相比，具有速度快、便捷、觀測范圍大和信息連續(xù)等優(yōu)點。本文利用LandsatTM第6波段數(shù)據(jù)反演北京地區(qū)地表溫度，分析了北京地區(qū)地面溫度分布模式及城市熱島效應，并探討了城

4、市熱島效應與城市土地覆蓋類型及植被指數(shù)之間的關系。1.3研究內容利用ENVI軟件，2003年及2009年兩年的LandsatTM數(shù)據(jù)的熱紅外數(shù)據(jù)(第六波段，波長0.4-12.5μm)對北京地區(qū)的地表溫度夏季分布規(guī)律進行了研究，并結合利用遙感數(shù)據(jù)獲得的土地利用/覆蓋資料和社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料分析了各區(qū)溫度差異的原因與變化規(guī)律，為北京市的城市建設和土地合理利用規(guī)劃提供一定的借鑒。1.4研究方法實際操作中，以LandsatTM數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，首先網(wǎng)上下載符合操作要求的北京地區(qū)兩年TM遙感影像，在ENVI5.0下對遙感影像進行圖像增強，輻

5、射定標，大氣矯正，幾何校正，接著在ENVI軟件中測定影像的比輻射率，然后經(jīng)過一系列的處理，得到地表溫度，并進行結論分析，得到結果。操作部湊如下:第一步對遙感影像進行圖像增強，輻射定標、大氣矯正，幾何校正。第二步，圖像計算NDVI值，運用ENVI軟件對遙感影像測定比輻射率。第三步，計算相同溫度下黑體的輻射亮度值。第四步，反演地表溫度。第五步，將兩幅圖像進行對比，得出結論。2.影像處理過程2.1遙感影像處理軟件簡介ENVI(TheEnvironmentforVisualizingImages)是美國ITTVisualInformati

6、onSolutions公司的旗艦產(chǎn)品。ENVI由遙感領域的科學家采用IDL開發(fā)的一套功能強大的遙感圖像處理軟件；它是快速、便捷、準確地從地理空間影像中提取信息的首屈一指的軟件解決方案，它提供先進的，人性化的使用工具來方便用戶讀取、準備、探測、分析和共享影像中的信息。今天，眾多的影像分析師和科學家選擇ENVI來從地理空間影像中提取信息。已經(jīng)廣泛應用于科研、環(huán)境保護、氣象、石油礦產(chǎn)勘探、農業(yè)、林業(yè)、醫(yī)學、國防安全、地球科學、公用設施管理、遙感工程、水利、海洋，測繪勘察和城市與區(qū)域規(guī)劃等行業(yè)。ENVI包含齊全的遙感影像處理功能：常規(guī)處理

7、、幾何校正、定標、多光譜分析、高光譜分析、雷達分析、地形地貌分析、矢量應用、神經(jīng)網(wǎng)絡分析、區(qū)域分析、GPS聯(lián)接、正射影象圖生成、三維圖像生成、豐富的可供二次開發(fā)調用的函數(shù)庫、制圖、數(shù)據(jù)輸入/輸出等功能組成了圖像處理軟件中非常全面的系統(tǒng)?！NVI對于要處理的圖像波段數(shù)沒有限制，可以處理最先進的衛(wèi)星格式，如Landsat7、IKONOS、SPOT，RADARSAT，NASA，NOAA，EROS和TERRA，并準備接受未來所有傳感器的信息。主界面圖如圖1。圖1ENVI主界面圖2.2研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)資料獲取北京地處華北平原北端，位于北緯

8、39°26'--41°4'，東經(jīng)115°24'--118°31'之間。位于華北平原西北邊緣。毗鄰渤海灣，上靠遼東半島，下臨山東半島。北京與天津相鄰，并與天津一起被河北省環(huán)繞。西部是太行山山脈余脈的西山，北部是燕山山脈的軍都山，兩山在南口關溝相交，形