1、背景與技術路線
地表溫度(LST)是區域和全球尺度地表實體過程中的一個關鍵因子，也是研究地表和大氣之間物質交換和能量交換的重要參數。許多應用如幹旱、高溫、林火、地質、水文、植被監測,全球環流和區域氣候模型等都需要獲得LST。本方案以北京為例采用星載傳感器的紅外通道反演LST的劈窗反演方法算法。
京津唐地表溫度擷取與分析的技術路線如圖1所示，主要包括三部分内容：(1)資料準備，包括資料的下載下傳，遙感影像的預處理，遙感解譯的 LUCC 資料等；(2)模型運作，包括模型初始化，模型驗證和校正及模型的最終運作獲得結果；(3)模拟結果分析，并給出結果報告。
圖1 京津唐地表溫度擷取技術路線
2、模型運作
2.1 資料準備
模型輸入資料為MODIS 1B 資料的 B1、B2、B19、B31、B32 波段，同時利用遙感解譯的 LUCC 資料，以及實際驗證資料。
2.2 資料預處理
MODIS 1B 資料位為 MODIS 影像資料的一級影像資料産品，有必要對其進行标準化再處理和産品生成，是以首要工作是做輻射定标、地理定位、資料的拼接、資料的裁切，然後進行投影變換等以及産品标準化、通用化方面的處理過程，為最後專題産品資料集應用分析奠定基礎。
遙感解譯的 LUCC 資料為以遙感圖像計算機螢幕人機互動直接判讀為核心的全國土地利用遙感制圖技術方案，同時采用基于遙感監測的土地利用/土地覆被分類系統，進而保證了遙感人工解譯的精度。
2.3 模型運作
MODIS 資料分辨率較大，為了解決地溫反演中精度難以保證、适應性不強等問題，本次地溫的反演利用改進後的劈窗算法。在對其進一步驗證的基礎上，模拟評估期間地表溫度。公式如下：
其中 TS：地表溫度；A31、A32、B31、B32、C31、C32、D31、D32 是參數，是由大氣透過率、地表 返照率、比輻射率、亮度溫度因子确定的。
a)大氣透過率
依據京津唐本土的氣候狀況條件，地理遙感生态網平台采用兩通道比值法從遙感影像上反演大氣的水汽含量。再利用 大氣水汽含量與大氣透過率的關系推算出大氣透過率
b)水體提取
本方案中采用的植被覆寫類型圖是基于30m分辨率 Landsat 遙感資料的京津唐水體圖。水體的提取是為了掩掉水體部分。
c)比輻射率反演
物體與黑體在同溫度、同波長下的輻射出射度的比值,它受物體的表面狀态、介電常數、含水量、溫度、物體輻射能的波長、觀測角度等多種因素的影響。目前求地表比輻射率的方法主要有內插補點法、獨立溫度光譜指數法(T IS I)和 NDVI 門檻值法(NDV ITHM )等方法。由于 MOD IS 影像圖像分辨率較 低,MODIS 像元主要由水面、植被和裸土3種地物類型構成，故利用 NDVI 門檻值法來地表比輻射率。
d)亮度溫度反演
亮度溫度的反演采用通用的 Planck方程。
e)地表反照率反演
地表反射率的反演采用寬波段反射率轉窄波段反照率通用反演方法，此種傳統方法，經過多年的 專家驗證。
3、模型驗證與校正
模型運作結果通過文獻資料以及結合中科院地理所的實驗資料，進行參數驗證與校正，使模型進 一步适合北京地區。下圖為經過模型驗證與校正後的北京地區地表溫度成果圖，如圖所示：
圖2 地表溫度反演成果圖
4、模拟和結果分析
用 2000～2011 年每 8 天 MODIS1B 資料，及遙感反演的參數，獲得地表溫度（LST）進行結果 分析。主要用于分析：
a) 2000－2011 年北京地區地表溫度（LST）時空格局
b) 2000－2011 年北京地區地表溫度（LST）變化趨勢
c) 2000－2011 年京津唐城市熱島
d) 2000－2011 年京津唐擴張後城市地表溫度（LST）變化趨勢