[发明专利]城市完全表面温度的航空遥感估算方法

说明书

本发明涉及一种城市完全表面温度的航空遥感估算方法，属于城市地表温度遥感估算的研究领域。其步骤为：根据目的地确定飞行航线；按照预定航线进行飞行试验，获取城市地表热红外图像；对热红外图像进行预处理；进行完全表面温度估算。本发明考虑到城市三维结构复杂，下垫面组分温度差异大和传感器视角有限导致的传统遥感手段无法直接获取完全表面温度的困难，给出简单有效的航空遥感在城市完全表面温度估算方法。本发明方法适应性强，可精确地估算城市完全表面温度，能够满足实际生产的需要。

技术领域

本发明涉及一种城市完全表面温度的航空遥感估算方法，属于城市地表温度遥感估算的研究领域。

背景技术

城市地表温度是反映城市下垫面辐射与能量收支的关键参数，在城市气候与环境研究中发挥着重要作用。热红外遥感是获得大范围城市地表温度的重要手段。然而，热红外遥感通常仅能获得下垫面在某一个或某几个特定方向的热辐射信息(即方向辐射温度θ与分别为观测天顶角与方位角)，且所获得的不同角度热辐射信息存在较大差异，难以获得具有各方向代表性的完整城市下垫面真实温度。

为了获得更具代表性的下垫面地表温度，学术界围绕城市地表热辐射方向性规律观测与模拟等方面已取得了卓有成效的进展，构建与验证了一系列城市下垫面热辐射方向性正向模拟模型。实验观测与理论模拟结果均表明，城市下垫面相比于自然地表(以植被为主)呈现出更为显著的“热点效应”，其热辐射方向性强度在晴空正午时分可高达10K甚至以上，但方向性强度在日落后迅速减小。考虑到城市下垫面结构的复杂性，近年来则逐渐涌现了城市下垫面热辐射方向性逆向反演或重建的核驱动模型，此类模型可在已知少数方向的情景下实现上半球空间辐射温度的完整模拟，展现了对城市下垫面方向辐射温度进行角度纠正的潜力。

上述研究大多旨在热辐射方向性正向模拟或将纠正到天顶方向。实际上，天顶方向的遥感地表温度并非是反映城市下垫面与大气间辐射与能量交换的最佳参量。有鉴于此，Voogt&Oke提出了城市完全表面温度(Complete urban surface temperature,T_c)的概念(定义为三维视角下组分表面温度与其组分比例的加权和)。其研究结果表明，T_c相比于能够更好地服务于城市下垫面-大气能量交收支估计，下垫面表面通量模拟和城市热岛效应强度评估和。结合实验观测，Voogt与Oke曾直接依据完全表面温度的标准定义正向地计算T_c。这些研究证实了T_c与天顶方向辐射温度之间存在较大差异，并初步表明传感器视场内包含更多阴影的方向性观测可能与T_c较为接近。Roberts和Adderley进一步表明半球辐射计所测半球辐射温度可用于逼近T_c。

尽管T_c的遥感估算已取得了初步进展，然而也许是因为利用遥感难以获得三维视角下各组分表面温度及其组分比例，现阶段仍缺乏较为成熟的方法用于遥感估算T_c。具体而言，有如下问题仍不清楚：(1)在单一观测角度的情景下，是否存在通用的较为准确逼近T_c的最优遥感观测视角/视域。(2)在拥有多个角度方向辐射温度观测的情景下，能否借助于热红外核驱动模型所重建的半球积分温度以逼近T_c。

发明内容

本发明的目的是提出一种仅通过航空遥感温度数据，即不需要地面实测详细地表结构和表面组分温度，进行城市完全表面温度的航空遥感估算的简单而有效的方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供的城市完全表面温度的航空遥感估算的方法，包括以下步骤：