基于GEE的地表温度遥感反演及实证应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 聂平静 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 吴骅 |
| 关键词 | 地表温度 温度反演 算法改进 GEE 热异常监测 核电站 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 地表温度（Land Surface Temperature，LST）是地-气过程中长波辐射和湍流热通量交换的直接驱动力，是地表能量和水分平衡物理过程中的重要参数，提供 了地表能量平衡状态的时空变化信息，被国际地圈生物圈计划（IGBP）列为优先 测定参数之一，同时在气候变化、地质勘探、干旱监测、农业生产和生态环境评 价等应用中起着重要的作用。遥感是高时效准确获取区域或全球尺度地表温度的 重要手段。谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）是一个地理空间分析平 台，充分集成了 Google Earth 海量遥感及地理数据资源以及 Google 的强大云端 计算能力，相比传统遥感影像处理软件具有多种优势，诸如影像处理速度快，使 用免费，易于操作，以及拥有全球尺度制图能力及演变分析能力等。因此利用GEE自动、快速、获取批量、长时间序列温度反演数据并对其进行分析具有相当重要 的实际意义。 本文基于 Landsat 数据通过改进温度反演模型并结合 GEE 云平台提高温度 反演效率，最后进行热异常监测实证应用研究。研究构建了 GEE 温度反演共享 代码库，实现了快速、批量、长时间序列温度产品的获取，通过利用温度反演结 果进行长时间序列海域热异常变化监测，完成了热异常区域分布特征及其变化规 律的研究。论文的主要研究工作分为以下三个方面： （1）热红外地表温度遥感反演模型改进。针对传统辐射传输方程法难以获 取实时、精确的大气廓线数据的困难，研究通过建立大气水汽、近地表气温和算 法中大气透过率、大气上行辐射、大气下行辐射等三个大气参数的关系，在获得 实时大气水汽、近地表气温情况下即可得到大气参数，从而解决辐射传输方程法 的困难，使温度反演过程得以省时、简单、快捷。采用 TIGR 晴空条件大气数据 得到模拟数据集，选择其中 80%数据作为机器学习随机森林算法所需的训练集 数据，20%用作测试集。利用机器学习自发学习自变量大气总水汽、近地表气温 和大气透过率、大气上行辐射、大气下行辐射等参数的关系，以此建立大气参数 反演模型，通过测试集、训练集验证反演的三个大气参数大多分布在 1:1 直线附 近，R2 为 0.97 至 0.99，根据模拟温度数据验证地表温度测试集与训练集反演精 度平均 R2 、Bias 和 RMSE 分别为 1、0.08o C、0.87o C；并采用苏必利尔湖两站点实测水温数据验证温度反演精度，得出苏必利尔湖西部、东部站点的 R2 分别为0.98 和 0.95，Bias 分别为 0.37o C 和 0.78o C，RMSE 分别为 0.91o C 和 1.03o C，平 均 RMSE 为 0.97o C。算法在精度可接受范围内且更简单易用，提高了温度反演 效率。 （2）热红外地表温度遥感反演 GEE 在线代码库构建。充分利用 GEE 平台 云端存储、并行处理能力、丰富多源在线数据等优点，通过在线代码编辑器，使用 JavaScript 语言构建 Landsat 地表温度反演框架，在摆脱本地计算机依赖的同 时提高温度反演效率，并通过分享温度反演程序使得研究成果共享化、可视可操作化。温度反演程序由数据获取及预处理函数、参数计算函数、温度计算函数等 部分组成，通过程序可以实现遥感影像获取及去云、大气数据获取并插值、大气 透过率及大气上、下行辐射计算、温度计算并导出等功能。只需要输入待反演的卫星影像条件，包括时间、区域范围等，运行代码即可得到该区地表温度图，研 究也可为集成到 GEE 平台与温度相关的其他研究提供便利。 （3）热红外地表温度遥感反演应用实证研究。研究田湾核电站温排水长时 间序列变化，不同于前人研究中大多使用了两到三年的数据来研究核电站温排水 的分布特征，本文选择了 Landsat5 和 Landsat8 从2001年至2020年之间田湾研 究区晴空无云、数据质量良好的全部图像。首先从GEE上获得反演的温度产品， 然后在 ArcGIS 中进行裁剪、海陆分离等操作之后获取田湾核电站附近海域温度 场，再提取基准温度，统计温升分布范围及面积，制作海域温排水温升专题图， 并结合潮汐分析了过去 20 年里田湾核电站温排水的时空变化规律，还结合海域 功能环境图发现田湾核电站附近海域温度升高但总体上符合海水水质标准，为核电站发展环境评估、海洋环境保护等研究提供了科学依据。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 63 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184608]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 聂平静. 基于GEE的地表温度遥感反演及实证应用研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。