全球长时序地表温度遥感反演及时空变化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李嘉豪 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 李召良 |
| 关键词 | 地表温度 NOAA/AVHRR 遥感反演 日均地表温度 时空变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 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）是陆地表层系统过程的关键参数，广泛应用于地表能量平衡、蒸散发、气候变化和城市热岛等研究领域。深入分析全球尺度地表温度的时空变化特征，对于预测未来气候变化、应对全球变暖问题具有重要意义。基于极轨卫星遥感数据反演的地表温度，能够有效弥补传统地面站点空间分布不均、观测数据代表性不足的问题，为全球尺度的地表温度变化分析提供可靠的数据支撑。然而，当前每日多次观测的全球地表温度遥感产品最早仅可追溯至2000 年，难以满足长时序研究需求。搭载AVHRR 传感器的NOAA系列卫星是目前唯一能提供超过40 年全球范围内每天多次热红外观测的卫星平台，但其相应的地表温度产品并未能同步发展起来。此外，相较于瞬时地表温度，日均地表温度在全球长期气候变化监测中发挥更重要作用。目前日均地表温度估算方法要求每日同一地点至少四次有效瞬时观测，或在观测时刻稳定的前提下每日至少有两次有效瞬时观测，因此不适用于存在轨道漂移问题且每日仅有两次观测的NOAA/AVHRR 产品。同时，由于地表温度遥感产品的时间跨度较短，现有研究主要集中于21 世纪以来近20 年的地表温度变化趋势，难以准确地揭示地表温度的长期时空变化规律。针对上述问题，本研究以全球长时序瞬时地表温度遥感反演为基础，提出了适用于NOAA/AVHRR 数据的日均地表温度估算方法，并进一步分析了过去42 年全球和区域尺度地表温度的时空变化趋势。本论文的主要研究工作和结论如下： （1）基于1981 年8 月至2023 年12 月NOAA/AVHRR 历史观测数据，构建了全球长时序地表温度遥感反演框架，生产了首套近42 年全球覆盖、空间分辨率为0.05°的昼夜瞬时地表温度遥感产品（GT-LST）。产品经地表辐射预算网络（Surface Radiation Budget, SURFRAD）和基线表面辐射网络（Baseline SurfaceRadiation Network, BSRN）地面观测站点验证，精度为1.6–4.0 K，夜间精度高于白天。与MODIS 地表温度产品（MYD11A1 和MYD21A1）比对的结果显示，总体均方根偏差（RMSD）约为3.0 K。其中，与MYD11A1 相比，GT-LST 存在高估现象，且在白天、春季和夏季的RMSD 相对较大；而与MYD21A1 相比，不存在明显偏差。与现有的NOAA/AVHRR 全球白天地表温度产品相比精度相当，但GT-LST 额外提供了夜间数据，可进一步估算日均和月均地表温度。此外，将GT-LST 与非洲大陆NOAA/AVHRR 昼夜地表温度产品在不同季节分别进行了比对，结果显示RMSD 为2.1–4.3 K。通过严格的站点验证和与其他卫星产品的交叉比对，GT-LST 产品表现出较高的精度和可靠性，有效填补了2000 年前全球较高空间分辨率昼夜瞬时地表温度产品的空白。 （2）基于全球227 个通量站点观测数据，构建了涵盖204 组NOAA/AVHRR昼夜观测时刻组合的日均地表温度估算模型。在无需进行轨道漂移校正的前提下，利用GT-LST 产品估算了1981 年8 月至2023 年12 月的全球日均地表温度，精度约为2.6 K，且在不同地表覆盖类型下均具有较好的表现。该模型具有良好的适用性，不仅适用于NOAA/AVHRR 数据，还可推广应用于其他极轨卫星热红外传感器，以MetOp/AVHRR 数据验证精度为2.4 K。此外，该方法有效缓解了基于单一极轨卫星估算日均地表温度时面临的数据缺失问题，通过整合多卫星观测数据，显著提升了日均地表温度产品的空间完整性。 （3）基于1982–2023 年的全球日均地表温度数据，进一步聚合得到月均和年均地表温度，分析了地表温度的空间分布特征和时间变化趋势。结果表明，1982–2023 年，全球平均地表温度在238.35 K 至313.05 K 之间（-34.8 ℃–39.9 ℃），其空间分布与不同的纬度和地理特征密切相关。1982–2023 年，全球各区域均呈现统计显著的升温趋势，其中俄罗斯亚洲部分、欧洲（含俄罗斯部分）以及北美洲的升温速率最高，分别约为全球平均速率（0.37 K/10-year）的2 倍、1.7 倍和1.5 倍。地表温度变化趋势具有明显的纬度结构差异，北纬65°以北地区出现了明显的变暖现象；南纬45°至南纬60°区域虽有升温趋势，但幅度较小；其余大部分地区的升温趋势则较为温和。此外，过去42 年中全球地表温度最高的三年依次为2023 年、2020 年和2016 年，且2023 年是近42 年来升温幅度最大且年均地表温度首次超基准期（1982–2023 年）平均值1.0 K 的年份。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 112 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217340]  |
| 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 | 李嘉豪. 全球长时序地表温度遥感反演及时空变化研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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