定量热红外遥感模型及地面实验基础PDF电子书下载

第1章　遥感试验场和遥感模拟试验 1

1.1　科学实验与普朗克定律的诞生 1

1.2　遥感试验场的意义及工作内容 5

1.3　遥感试验场设置原则 6

1.4　遥感试验场实例——禹城高塔遥感试验场 7

1.4.1　自然条件概况 7

1.4.2　高塔实验遥感的意义、特点及适用范围 8

1.4.3　高塔遥感平台和试验场结构 10

1.5　试验场的地面遥感仪器及其测量方法 12

1.5.1　多光谱相机 12

1.5.2　CCD光谱仪 12

1.5.3　红外测温仪 15

1.5.4　非制冷焦平面式的热像仪 20

1.5.5　地面五波段CCD成像光谱测量系统 20

1.6　试验场的非遥感地面辅助仪器 23

1.7　地表通量测定仪器 28

1.7.1　波文比测量系统 28

1.7.2　涡度相关测量系统 30

1.7.3　大孔径闪烁仪像元尺度地表通量测定 33

1.8　多遥感平台的同步观测及地面定标 35

1.8.1　同步观测及地面定标的意义和途径 35

1.8.2　地表反射率的定标——卫星、地面同步观测实例 37

1.8.3　地表温度的定标——飞机、地面同步观测实例 40

1.9　星地同步观测及地表通量验证场实例——北京小汤山定量遥感地表通量产品验证试验场 44

1.9.1　定量遥感地表通量产品验证场目的和意义 44

1.9.2　试验场自然条件 45

1.9.3　开展非均匀下垫面像元尺度地表通量验证的思路和步骤 45

1.9.4　以LAS、涡度相关和波文比系统开展的地表通量对比试验 48

参考文献 51

第2章　地物对太阳的反射光谱及遥感模型 53

2.1　辐射源 53

2.1.1　大气顶的太阳辐射 53

2.1.2　大气对太阳辐射的影响 54

2.1.3　太阳辐射和天空辐射的光谱结构 56

2.1.4　天空辐射率分布及大气向下反射比 58

2.1.5　大气下行热红外辐射 60

2.2　自然表面的反射理论 62

2.2.1　粗粒反射模型 63

2.2.2　细粒反射模型 65

2.2.3　反射光谱的可预报性及其存在问题 66

2.3　自然表面的光谱特征 67

2.3.1　植物（含农作物）反射光谱特征 67

2.3.2　土壤光谱特性 71

2.3.3　水的光谱特性 74

参考文献 76

第3章　定量热红外遥感基础 77

3.1　热红外遥感的基本问题 77

3.1.1　定量热红外遥感的一些基本概念 77

3.1.2　热红外信息及其干扰 82

3.1.3　热红外遥感的复杂性 85

3.2　假黑体现象及比辐射率封闭测定方法 88

3.2.1　比辐射率的概念 88

3.2.2　比辐射率的黑体筒测定法 90

3.2.3　腔体等效比辐射率的计算方法 93

3.2.4　一种便携式比辐射率测定仪及其测定方法 97

3.2.5　漫射式方向比辐射率测定装置及其应用 100

3.3　比辐射率的非封闭测定原理及其方法 104

3.3.1　以碳化硅为红外辐射源的非封闭测定原理和方法 105

3.3.2　利用CO2激光远距离测定比辐射率的原理和方法 108

3.3.3　利用新型CO2激光仪测定地物的方向比辐射率 113

3.3.4　机载和星载CO2激光地物方向比辐射率测定思路 116

3.4　非同温系统中热辐射传输与比辐射率测量的补偿 119

3.4.1　非同温系统中热辐射传输 119

3.4.2　基尔霍夫定律的适用性分析 123

3.4.3　非同温系统中比辐射率测定方法 125

3.4.4　比辐射率测量中的外延法补偿试验 129

3.5　真实地表温度的遥感原理 134

3.5.1　环境辐射照度的测量及天空温度 134

3.5.2　对非均匀地面的考虑 136

3.5.3　地表温度反演中的简单大气纠正算法 139

3.5.4　在地表温度反演中大气纠正的劈窗技术 141

3.5.5　常规温度表所测的地表温度与真实地表温度 143

3.6　以卫星数据反演陆面温度的方法 146

3.6.1　查表法 147

3.6.2　光谱信息法 148

3.6.3　其他温度与比辐射率分解方法 152

参考文献 155

第4章　植被遥感应用模型 158

4.1　作物遥感识别的特殊性 158

4.1.1　作物光谱结构 158

4.1.2　光谱时相分析方法 160

4.2　作物光谱数据压缩的可能性 163

4.3　植被覆盖率信息的提取 166

4.3.1　基于遥感信息的植被覆盖率算法 166

4.3.2　影响植被覆盖率的因素 169

4.4　归一化（NDVI）及简单比（SRVI）植被指数的应用及其局限性 170

4.5　土壤背景对植被指数的影响及调整 176

4.5.1　垂直植被指数 177

4.5.2　土壤调整植被指数 179

4.5.3　转换土壤调整植被指数 181

4.6　大气状态对植被指数的影响 182

4.7　抗大气影响的植被指数 184

4.8　植被指数的灵敏度分析 189

4.8.1　植被指数表达叶面积的灵敏度分析 189

4.8.2　植被指数表达吸收有效光合辐射的灵敏度 190

参考文献 190

第5章　双向反射模型的应用探索 192

5.1　双向反射模型研究动态与思路 192

5.2　实验在双向反射模型研究中的意义 195

5.3　一种冠层双向反射模型的近似解析方法 197

5.4　模型计算方法及其验证 212

5.5　逆转模型及参数反演 205

5.6　双向反射模型区域应用的过渡性试验 207

5.7　自行研制的全方位多角度测定装置及其应用 209

5.7.1　热辐射的方向性及其测量中的瓶颈问题 209

5.7.2　多角度热辐射测定中空间非均匀“噪声”的消除途径 210

5.7.3　多角度热辐射测定中时间差“噪声”的消除途径 211

5.7.4　装置的测定方法及其试验效果检验 212

5.8　地物热辐射方向性影响主因子的揭示 213

5.9　像元尺度离散植被的双向反射发射热模型及其数字图像解 215

5.9.1　模型的建立和模拟 215

5.9.2　遥感模拟实验 217

5.9.3　表面温度的反演 217

5.9.4　结论和讨论 219

5.10　一种热辐射多次反射测定仪器及其测定 219

5.10.1　热辐射多次反射测定中的科学问题 219

5.10.2　热辐射多次反射的装置与算法 221

5.10.3　实验描述及数据分析 224

5.10.4　总结 226

参考文献 226

第6章　裸地或稀疏植被下土壤水分遥感模型 228

6.1　近红外波段的经验模型 228

6.2　热红外波段的相对温差模型 231

6.3　一种热惯量模型及其剖析 237

6.3.1　表观热惯量模型的分析 237

6.3.2　一种热惯量模型的演绎及其量纲分析 238

6.3.3　演绎模型和表观模型的对比分析 242

6.4　定量热惯量模型 243

6.4.1　定量热惯量模型的目标 243

6.4.2　定量模型的建立 243

6.4.3　地面模拟试验及模型验证 248

6.5　定量热惯量模型在航空遥感中的应用 254

6.6　微分热惯量的概念、模型及其应用 256

6.6.1　提出微分热惯量模型的学术背景 256

6.6.2　土壤水分可供率与地表通量的波文比 258

6.6.3　微分热惯量模型的建立与地表通量的波文比 260

6.6.4　试验结果及模型的验证 265

6.7.1　试验场地、土壤样本和试验方法 269

6.7.2　基本原理和计算方法 270

6.7.3　结果分析与讨论 270

6.7.4　新测量方法的效果及其讨论 274

6.7　一种新的热惯量测定方法 269

6.8　广义热惯量的探讨 274

6.9　以光照-阴影温差反演土壤水分 279

6.9.1　土壤水分信息提取的新思维 279

6.9.2　模型建立与算法推导 280

6.9.3　遥感土壤水分新途径的实验验证 282

6.9.4　近地面探测方法与野外试验 283

6.9.5　反演及方法对比 285

6.9.6　航空和航天遥感方法 286

参考文献 287

第7章　植被覆盖下土壤水分的热红外遥感模型 289

7.1　植物温度、气孔阻力及水势 289

7.2　信息链的实验证明 292

7.3　表面温度变率与作物缺水状况 294

7.4　估算作物缺水状况的定量模型 299

7.5　风速、净辐射对作物缺水指标的影响 306

7.6　模型的小区验证 309

7.7　模型的灵敏度分析及最佳遥感条件 311

参考文献 313

第8章　地表净辐射通量的遥感方法 314

8.1　遥感净辐射通量的意义及发展概况 314

8.2　向下至地表的辐射分量的确定 316

8.3　向上辐射分量的多波段遥感资料的确定方法 218

8.4　以航空多光谱资料推算地表净辐射通量实例 320

8.5　净辐射通量的地面模拟及误差分析 324

8.6　专用卫星（ERBE）的地球辐射平衡试验 328

参考文献 330

第9章　遥感蒸散模型与方法 332

9.1　一层遥感蒸散模型 332

9.1.1　基于热量平衡的一层遥感蒸散模型 333

9.1.2　非遥感方法确定的参数（非遥感参数） 334

9.1.3　遥感信息在参数化中的作用 340

9.1.4　遥感冠层阻力的探讨 340

9.1.5　土壤热通量的遥感信息辅助确定 341

9.1.6　遥感作物高度 343

9.2　基于遥感信息的等效地表空气动力学粗糙度计算模型 347

9.2.1　空气动力学粗糙度概念发展的三个阶段 347

9.2.2　研究过程及野外试验 348

9.2.3　确定SPM模型为SAR后向散射的理论模型 349

9.2.4　SPM后向散射模型的计算 351

9.2.5　地表空气动力学粗糙度微气象学确定方法 353

9.2.6　TM像元尺度的等效几何粗糙度向空气动力学粗糙度的尺度转换模型 354

9.3　基于表面温度-光谱的遥感蒸散模型 357

9.3.1　表面温度-光谱蒸散模型的建立 358

9.3.2　模拟试验效果及灵敏度分析 360

9.3.3　两种模型的补偿 363

9.4　定量遥感两层蒸散模型 364

9.4.1　两层蒸散模型概论 365

9.4.2　土壤、植物、大气的耦合效应 368

9.4.3　遥感蒸散二层模型的几个关键 370

9.5　以热惯量信息分解混合像元温度的二层遥感模型及其在反演区域土壤水分利用率中的应用 372

9.5.1　土壤水分利用率与二层遥感蒸散模型 372

9.5.2　土壤和冠层表面温差的理论分析及其简化 373

9.5.3　模型中若干要素的参数化改进 376

9.5.4　试验结果及其分析 378

9.5.5　结论与讨论 382

9.6　一种可操作的遥感蒸散二层模型的物理基础及其应用 382

9.6.1　混合像元组分分解新算法的思路 382

9.6.2　混合像元组分排序对比法 383

9.6.3　干线和湿线的理论定位和获取方法 386

9.6.4　以PCACA分解混合像元反照率和净辐射通量 389

9.6.5　分层波文比切割法的建立及其理论依据 390

9.7　二层地表通量遥感模型反演的其他关键点 392

9.7.1　混合像元真实地表温度的获取和分解 392

9.7.2　混合像元净辐射通量的获取和分解 393

9.7.3　分层波文比和分层地表通量的获取 394

9.7.4　地面支撑观测和卫星数据处理 395

9.7.5　模型和算法的反演结果及其验证 396

9.7.6　对可操作二层蒸散模型的总结、评价和展望 401

9.8　可操作二层遥感蒸散模型的优化 403

9.8.1　PCACA算法中绝对干线和绝对湿线的准确定位方法 403

9.8.2　非土壤水分因素对地表温度影响的排除 406

9.8.3　植被温度和土壤温度的现实还原 409

9.8.4　算法优化后遥感蒸发二层模型的应用和验证 411

9.8.5　可操作二层蒸散模型优化方法的总结与讨论 416

9.9　遥感反演地表蒸散的精度提高途径 417

9.9.1　定量遥感蒸散的环节和过程 417

9.9.2　定量遥感反演参数精度的现状及其对遥感蒸散研究的影响 418

9.9.3　地表蒸散的时间尺度转换研究进展 422

9.9.4　关于加速推进遥感地表蒸散研究的思考 426

9.10　遥感蒸散实践中水平平流问题及其对策 427

9.10.1　地表热量平衡的瓶颈问题 427

9.10.2　非均匀下垫面地表通量的水平平流及其定量遥感中的纠正方法 428

9.10.3　不同条件下水平平流影响的模拟分析 430

9.10.4　纠正模型的验证 432

9.10.5　克服水平平流影响模型的评价 435

参考文献 436

第10章　遥感作物估产的理论与实践 441

10.1　遥感信息与作物产量形成机制 442

10.1.1　作物对碳的吸收及其阻力 442

10.1.2　作物长势的最佳遥感条件 448

10.2　光合作用中作物CO2同化通量的定量遥感机理及其应用 451

10.2.1　模型的建立 452

10.2.2　模型验证试验 456

10.2.3　区域尺度的应用 459

10.2.4　植被同化二氧化碳通量模型总结 462

10.3　改进的SDD遥感估产模型 462

10.4　复合遥感估产模型 467

10.5　遥感估算作物面积 472

10.5.1　成数抽样法 472

10.5.2　逐点像元法 473

10.6　遥感作物估产中大气影响的对策 475

10.6.1　抗大气影响的植被指数的应用 476

10.6.2　热红外波段的劈窗技术 477

10.7　遥感在小麦估产中的实践 478

10.7.1　植被指数与产量 480

10.7.2　植被指数的测量误差及类型选择 484

10.7.3　冠层表面温度及小麦受胁状态 488

10.7.4　全遥感信息的小麦估产 489

参考文献 482

第11章　定量遥感产品尺度转换与真实性检验 492

11.1　尺度转换和真实性检验在定量遥感中的作用 492

11.1.1　定量遥感中的尺度转换 492

11.1.2　定量遥感产品真实性检验的重要性 494

11.2　以实验支持的非同温像元比辐射率的尺度转换 495

11.2.1　问题的提出 495

11.2.2　试验及其验证结果 497

11.2.3　地表参数比辐射率的尺度转换规律 502

11.3　定量遥感模型的函数及其结构对尺度转换的影响 505

11.4　表征地物属性参数的相对性 507

11.4.1　同温及地表参数同值的相对性 507

11.4.2　遥感产品的相对真值和地物相对均匀度 509

11.5　定量遥感产品的无标度现象、信息分形及其尺度转换 513

11.6　一种定量遥感产品真实性检验的方法 519

11.7　本章总结 524

参考文献 524

附录一　模型常用常数和参数 526

附录二　常用度量衡、物理量和气象要素单位的换算 531