库尔勒市地表温度反演

黄波

摘 要：地表温度（LST）是地表自然生态环境的一个重要指标，是水平衡和地面能量平衡中的重要参数。本次研究采用库尔勒市Landsat8第10波段数据，利用单窗算法反演该地区2017年8月7日的地表温度。得到库尔勒市该日最高温度为56.21℃，平均温度为38.61℃。

关键词：Landsat8;单窗算法;库尔勒;地表温度

1 绪论

地表温度（Landsurfacetemperature，LST）是地表自然生态环境的一个重要指标，是水平衡和地面能量平衡中的重要参数，它影响着地表和大气之间能量互换 和水热均衡过程，在地表研究中扮演着主要的作用，在气候气象，农业林业，生态环境，地质和勘察等范畴也有着特别广泛的应用。近年来对于Landsat 8地表温度的反演也有越来越多的学者参与其中。

现在主要用于地表温度反演的方法基本都是基于物理模型的方法，对于单通道主要有三种，辐射传输方程法、单窗算法、还有普适性单通道算法。辐射传输方程法，在有实时大气廓线数据时，能使用如今成熟的大气辐射传输模型计算获得大气辐射和大气透过率，然后带入辐射传输方程就能够根据地表发射率和辐射亮度值获得温度。单窗算法是通过热辐射传输方程，通过各种参数来估算的温度。普适性单通道算法算法是一种适合任何热红外数据反演温度的方法，该算法只需要大气水汽含量和地表比辐射率两个参数。

2 地表温度反演

对于本次地表温度反演，研究区为库尔勒市，位于新疆维吾尔自治区的中部，区域位置为东经85°14′10″-86°34′21″、北纬41°10′48″-42°21′36″。该市气候特点是暖温带大陆性干旱气候。研究数据采用在美国地质调查局（USGS）上下载的Landsat8数据，主要采用该数据的第10波段反演温度。

研究采用单窗算法，该算法是通过热辐射传输方程，通过各种参数来估算的温度。是用于Landsat 数据温度反演的主要方法之一，主要参数有地表比辐射率和大气平均作用温度及其大气透过率。对于地表比辐射率可通过归一化差分植被指数NDVI和归一化差分水体指数MNDWI作为参数计算。对于大气平均作用温度，该地区位于中纬度地区，且反演温度时间为夏季，可以采用近地表大气温度通过中纬度夏季的大气平均作用温度估算公式计算，而近地表大气温度和大气透过率，可以通过NASA网站上的大气校正计算器得到，对于该次温度反演，采用的是2017年8与月7日的Landsat8数据，计算得到大气透过率为0.82，近地表大气温度为308.55K。将参数代入单窗算法模型反演得到地表温度反演结果图1。

3 反演结果分析

对本次Landsat8数据单窗算法反演库尔勒市2017年地表温度的结果进行分析，最高温度为56.21℃，平均温度为3861℃，标准差为8.21，温度主要集中在31-44℃，根据气象数据共享网上的气象站点数据，反演精度良好。参考前人的研究，为进一步定量分析地表温度，利用空间特征定量分析有很好的效果，本文利用反演结果的均值和标准差来作为温度分级的参数来对温度分级得到温度强度，根据不同的阈值将温度分为低温区、次中温度、中温区、次高温区、高温区5级，得到图2温度强度图。

结合温度反演结果图，温度强度和实际土地利用覆被分析，对于城市边缘的沙漠和沙土及其建城区在反演结果图中为西南地区和东北角，地面温度高于平均温度，温度强度区间为次高温区、高温区;对于城市中间和北部的绿色低温区和次中温度，主要是人工林等植被覆盖区域，而在左侧的红色的高温区中，有一条线状的次中温区域，结合实际，发现该线状低温区域为孔雀河，为水体覆盖区。

综上得到结论，Landsat8第10波段数据单窗算法反演地表温度在库尔勒市适用;对于库尔勒市温度分布，受沙土和城市主要建城区影响，库尔勒市高温区和次高温区主要在库尔勒市的周边地区和城區。而受人工林地种植及其植被影响，低温区和次中温区域主要集中在城市中部和城市北部地区。不同地物对温度影响对比可以看出：在夏季的白天，植被覆盖对区域温度有降低作用，建筑及沙土覆盖对区域温度有增强作用，水体覆盖对区域温度有降低作用。

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