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第1章 热红外遥感基础 1

1.1 热辐射的基本概念与定律 1

1.1.1 表征辐射特性的基本概念 1

1.1.2 热辐射的基本定律 3

1.2 物体的热红外辐射特性 6

1.2.1 太阳热红外辐射特性 6

1.2.2 地表热红外辐射特性 8

1.3 大气热红外辐射传输方程 12

1.3.1 大气成分及其分布 12

1.3.2 大气的吸收、散射与辐射特性 13

1.3.3 大气辐射传输方程 14

1.3.4 热红外辐射在大气中的传输 15

1.3.5 遥感传感器宽通道的热红外辐射传输方程 19

1.3.6 热红外辐射大气传输计算软件 21

参考文献 23

第2章 热红外遥感信息探测 25

2.1 热红外遥感系统 25

2.1.1 红外热成像技术的发展 25

2.1.2 热红外探测平台 26

2.1.3 热红外遥感探测传感器的FOV效应 29

2.1.4 热红外辐射方向特性四种野外测量方法比较 36

2.2 热红外设备定标 38

2.2.1 发射前的实验室定标 39

2.2.2 星上黑体定标 43

2.2.3 在轨场地绝对辐射定标 47

2.2.4 交叉定标 56

2.3.1 几何校正 57

2.3 热红外图像预处理 57

2.2.5 小结 57

2.3.2 相对辐射校正 60

2.3.3 热红外遥感数据大气校正 64

参考文献 68

第3章 热红外遥感信息模型 72

3.1 热红外遥感信息模型概况 72

3.1.1 遥感信息模型与热红外遥感信息模型 72

3.1.2 热红外遥感信息模型的发展和认识过程 72

3.1.3 热红外遥感信息模型的影响因素与模型类型 74

3.2 比辐射率和温度的概念与一般模型 75

3.2.1 温度基本概念 75

3.2.2 同温均质表面比辐射率及其方向性 77

3.2.3 非同温非均质表面等效温度与比辐射率 78

3.3.1 二维平面像元组分有效比辐射率 81

3.3 组分有效比辐射率及其矩阵表达 81

3.3.2 三维非同温混合像元组分有效比辐射率 82

3.3.3 组分有效比辐射率的矩阵表达 84

3.4 考虑温差的发射率的定义及普朗克定律尺度效应 86

3.4.1 平面混合像元温差导致的发射率视在增量 87

3.4.2 三维结构像元多次散射导致的发射率视在增量 87

3.5 普朗克定律的尺度效应和地表热辐射公式的尺度校正 88

3.5.1 非同温黑体平面上普朗克定律的尺度效应 88

3.5.2 非同温黑体表面有效发射率大于1的物理意义 91

3.5.3 三维结构非同温黑体表面普朗克定律的尺度效应 91

3.5.4 真实地表热辐射公式的尺度校正 92

3.6 连续植被热辐射模型 95

3.6.1 连续植被热辐射参数与概念 95

3.6.2 连续植被冠层无散射模型 101

3.6.3 连续植被冠层一次散射热辐射模型 102

3.6.4 作物冠层的热红外辐射传输模型的通量模型 103

3.7 行结构热红外遥感信息模型 111

3.7.1 行结构模型特点与简介 111

3.7.2 行结构箱型模型 112

3.7.3 行结构孔隙率模型 113

3.7.4 行结构亮温模型 120

3.8 热红外计算机模拟模型 134

3.8.1 蒙特卡罗模拟方法简介 135

3.8.2 植被冠层热辐射的蒙特卡罗模拟计算 137

3.8.3 连续植被热辐射的蒙特卡罗模拟结果与验证 141

3.8.4 热辐射真实结构模拟模型的主要方法 147

3.8.5 植被与光相互作用的模型研究 150

3.8.6 土壤—植被场景模拟与计算机系统的应用 152

参考文献 161

第4章 热红外遥感反演 168

4.1 热红外遥感反演理论 168

4.1.1 遥感反演的方法概述 168

4.1.2 热红外遥感定量反演的基本问题 171

4.1.3 热红外遥感定量反演的进展 173

4.2 以发射率波谱为主要目标的反演方法 176

4.2.1 温度发射率分离的几种典型算法原理 176

4.2.2 温度发射率分离方法在发射率测量方面的应用 182

4.2.3 温度发射率分离方法在遥感图像数据中的应用 185

4.2.4 测量发射率的其他方法 187

4.3 像元平均温度的遥感反演 188

4.3.2 多通道法（劈窗算法） 189

4.3.1 单通道法 189

4.3.3 多时相法 195

4.3.4 一体化反演方法 204

4.4 组分温度的遥感反演 209

4.4.1 组分温度反演的意义和所依赖的条件 209

4.4.2 多角度基于大气校正产品的组分温度反演 210

4.4.3 多角度与劈窗算法结合的组分温度反演 217

4.4.4 其他组分温度反演算法的可能性分析 218

4.5 遥感综合反演 219

4.5.1 多源遥感信息综合反演的思想与展望 219

4.5.2 例子一：AMTIS数据反演 219

4.5.3 例子二：遥感反演系统软件 229

参考文献 232

5.1.1 什么是蒸发 236

5.1.2 为什么要研究蒸发 236

5.1 前言 236

第5章 农田蒸散遥感定量监测 236

5.1.3 传统研究的概况 237

5.1.4 遥感监测方法的意义 239

5.1.5 通量计算中的基本概念 239

5.2 农田蒸散遥感信息模型 242

5.2.1 单层模型 242

5.2.2 双层模型 246

5.2.3 其他模型 250

5.3 遥感定量估算农田蒸散的方法 253

5.3.1 基本流程 253

5.3.2 遥感参数反演和数据准备 254

5.3.3 有效能量的计算 255

5.3.4 阻抗的计算 256

5.3.5 时间尺度扩展 258

5.4 实例介绍 261

5.4.1 SEBAL模型 262

5.4.2 SEBS模型 262

5.4.3 用AMTIS实现双层模型 263

5.5 验证及精度评价 263

5.6 不确定性分析 264

5.6.1 模型的不确定性 264

5.6.2 数据的不确定性 265

5.6.3 空间尺度的不确定性 267

5.6.4 时间尺度的不确定性 271

参考文献 271

第6章 土壤水分与旱情遥感监测 278

6.1 旱情概述 278

6.2.1 干旱概念 279

6.2 旱情概念、指标与特征 279

6.2.2 干旱指标 280

6.2.3 干旱特征 282

6.3 旱情发生特点 283

6.3.1 旱情时空分布特征 283

6.3.2 旱情遥感监测应用分析 284

6.3.3 旱情遥感监测时空特点 284

6.3.4 旱情遥感监测与墒情观测结合 285

6.4 遥感与旱情监测 285

6.4.1 遥感与土壤湿度监测 285

6.4.2 遥感光谱波段与旱情监测 286

6.5 植被指数／地表温度与土壤湿度 288

6.5.1 地表温度与植被指数 288

6.5.3 地表温度与植被指数特征空间 289

6.5.2 LST/NDVI斜率与土壤湿度 289

6.5.4 温度植被干旱指数 291

6.5.5 地表温度植被指数特征空间模型 291

6.5.6 影响植被指数和地表温度关系的因素 294

6.5.7 空间土壤湿度概念 296

6.6 遥感监测模型 297

6.6.1 热惯量模型 297

6.6.2 基于能量平衡的土壤水分遥感监测模型 302

6.6.3 基于水量平衡的土壤水分遥感监测模型 304

6.6.4 作物缺水指数模型 304

6.6.5 供水植被指数法 305

6.6.6 植被状态指数法和温度状态指数法 305

6.6.8 地表温度植被指数斜率法 306

6.6.7 距平植被指数法 306

6.6.9 温度植被干旱指数 307

6.6.10 归一化温度指数（NDTI）和作物缺水指数（CWSI）模型 307

6.6.11 归一化水分指数（NDWI）法 308

6.6.12 SEBAL模型 308

6.6.13 能量与水平衡监测系统（EWBMS模型） 308

6.6.14 微波遥感方法 308

6.7 旱情遥感监测系统设计与实验 309

6.7.1 黄淮海平原地区旱情遥感监测系统 309

6.7.2 中国旱情的VCI法监测系统 310

6.7.3 中国旱情的Ts/NDVI法监测系统 318

6.8 干旱监测与制图 320

6.8.1 旱情监测与制图示例 320

6.8.2 精度检验与评价 324

参考文献 331

第7章 城市热环境遥感监测 338

7.1 城市环境系统概述 338

7.2 城市热环境特征 340

7.2.1 基本概念 340

7.2.2 城市环境热场的形成原因 342

7.2.3 城市热环境特征 343

7.3 城市热环境遥感监测 345

7.3.1 热红外遥感监测主要研究内容 345

7.3.2 城市热环境监测现状与发展趋势 345

7.3.3 城市热环境模型和方法研究 348

7.3.4 城市热环境主要参数测量和计算方法 352

7.3.5 城市热景观遥感监测 357

7.3.6 城市热岛遥感监测 360

7.3.7 城市热污染（热异常）监测 361

7.4 城市人居热环境评价 362

7.4.1 城市人居环境评价意义 362

7.4.2 城市人居热环境评价原则与步骤 363

7.4.3 城市人居热环境评价指标 363

7.4.4 城市热环境景观评价体系 364

参考文献 364

第8章 森林火灾遥感监测 369

8.1 森林火灾的基本特征 369

8.1.1 森林及其燃烧 369

8.1.2 中国森林火灾的规律 370

8.1.3 森林火灾的热辐射 373

8.2 燃烧信息提取与火灾监测方法 375

8.2.2 阈值法 376

8.2.1 图像信息增强处理 376

8.2.3 Lee和Tag技术 377

8.2.4 应用NDVI值监测火灾 378

8.2.5 MODIS火点识别算法 378

8.2.6 基于人工神经元网络林火监测方法 382

8.2.7 专家系统方法 385

8.3 系统验证 397

8.3.1 测报林火的正确率 397

8.3.2 测报小面积林火的分辨能力 398

8.3.3 监测和评估森林火灾的能力 398

8.4 森林火灾预警 398

8.4.1 国内外森林火险预报研究现状 398

8.4.2 国内外森林火险预报方法概述 399

8.4.3 全国森林火险预报系统的研究 401

8.4.4 全国森林火险预报系统的运行 403

参考文献 406

第9章 热红外遥感在其他领域中的应用 408

9.1 热红外遥感在地质领域的应用 408

9.1.1 热红外温度地质填图 408

9.1.2 水资源勘查 410

9.1.3 热惯量地质填图 410

9.1.4 热红外光谱地质填图 411

9.1.5 热红外用于星际探测 414

9.2 红外遥感在军事方面的应用 414

9.2.1 红外侦察 415

9.2.2 红外夜视 417

9.2.3 红外制导 421

9.2.4 探测隐身飞行器和红外预警 424

参考文献 425