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通用陆面过程模式CLM是当前最完善的陆面过程模式之一,但作为CLM重要输入参数的地表参数,仍然主要来自于气象台站的传统点观测。传统的方法很难在大范围、高效率和全过程地对气象、气候及水文模型中的重要参数进行测量。遥感技术的优势恰恰在于大范围地观测,能够定量地获取区域内逐个像元的地表参数。近年来,遥感技术与气象、气候研究的结合己经取得了不少成果。要把遥感技术引入陆面过程的研究,关键问题就是建立陆面模型和遥感影像的关系,利用CLM输出的地表参数模拟遥感影像是建立两者关系的一个重要方法。
本文利用CLM输出的相关参数模拟了热红外遥感影像。首先探讨了基于CLM模拟热红外影像的原理和方法,从遥感信号的辐射传输机理出发,分析了各种影响因素,研究了模拟实现的各重要技术环节。接着,分析了本文提出的模拟方法对各种输入参数(地表参数和大气参数)的敏感性。然后,根据CLM输出的地表温度和发射率数据模拟了NOAA7/AVHRR影像对应的方向性地表热辐射和通道发射率,利用MODTRAN模拟了的大气总的透过率和大气上下行辐射,考虑观测几何和传感器的通道响应函数后得到了模拟影像,并对真实影像和模拟影像进行了比较分析。最后,探讨了气溶胶光学属性地基测量的方法,这对提高影像模拟所需大气参数的精度有一定帮助。
本文的主要结论如下:
第一,所选的研究区域和时间里大气对模拟的影响小,对于由植被和土壤等组成的自然地表,模拟的热红外卫星信号主要取决于过程模式输出的地表温度,模拟的地表方向性辐射温度与模拟的大气层顶部表观辐射温度相关性高达0.99。
第二,利用本文所述模拟方法得到的图像与真实影像的温度范围比较接近,但分布差异比较大,温度差的最大值达到了35.9K,大多数像元温差分布在-20K到+20K之间。而且,温度差和海拔高度有一定的关系,在海拔5000m左右温差达到了最大,这可能是由于CLM对高海拔地区地面温度估计偏低导致的。