地表层温度的级联递推预测模型研究

基于径向基函数神经网络,利用陆面参数和地表层不同深度的钻孔测温数据建立了地表各层温度的预测模型.采用各层预测模型级联递推的方法由陆面参数向下逐层预测地表各层温度.该方法为热红外遥感用于大面积地块缝合带监测以及研究构造热异常探索了一种新途径.     

基于能量平衡与端元合成技术的地表热辐射场景动态模拟

地表热辐射场景动态变化模拟分析是热红外遥感领域研究热点之一.首先基于地表能量平衡方程和一维导热方程,建立地表温度二次谐波模型,模拟裸露地表温度日变化规律,并利用CUPID模型模拟植被冠层温度;其次利用高空间分辨率多光谱遥感影像的可见光-近红外光谱特征,提取植被、裸土、水体、不透水面等地物端元的覆盖比例及分布;最后结合地表温度模拟结果和典型发射率波谱,基于端元能量线性混合的假设,模拟地表热红外辐射动态场景.结果表明,地表温度日变化模拟值与实测值吻合较好,标准偏差在2.7℃以内;模拟场景可展现出清晰的纹理细节和较强的遥感成像真实感,场景热辐射特征与地物类型及其空间分布、成像时刻、观测角度均有关联.     

青藏高原雅江-班公-怒江缝合带的热红外遥感研究

在对青藏高原热红外遥感研究中,发现热异常的区域变化与前人结论不符.过去认为青藏高原南部的雅鲁藏布江缝合带温度高,北部低;而作者的研究结果是班公-怒江缝合带地区高,雅鲁藏布江缝合带次之,藏北最低.作者将青藏高原雅江-班公-怒江缝合带地区作为研究示范区,开展青藏高原陆面温度场、计算地表比辐射率和野外地表层钻孔测温与数据处理等研究,探索热红外遥感与构造热动力学关系的机理;取得了4点结论,获得了青藏高原热动力学研究的新成果.     

地表受光面和阴影温差的潜在信息及遥感土壤水分的新途径

在可见光和近红外遥感中，地物阴影通常认为是提取信息的噪声或干扰．而 在热红外遥感中，发现地物光照面和阴影的信息差是提取热量平衡参数的重要信息源． 通过实践，建立了以地物光照面和阴影的表面温度差为基础的土壤水分含量的遥感模 型，为利用多角度信息提取遥感土壤水分开辟了新的途径．在中国科学院禹城综合试 验站遥感试验场开展了模型论证试验．试验资料很好地支持了模型的验证．所用方法 与现有的热惯量方法和作物缺水指数方法进行了对比，分析了本方法的优越性和局限 性．     

环境一号B星热红外波段单通道算法温度反演

文中在考虑环境一号B星(HJ-1B)热红外波段(infrared scanner,IRS4)光谱响应函数和有效波长的基础上,通过MODTRAN4模型模拟,对Jimenez-Munoz和Sobrino(JM&S)单通道算法中的大气函数进行改进,重新计算得到了适合HJ-1B星IRS4地表温度(land surface temperature,LST)反演的3个大气函数公式,并反演了福州地区的地表温度.采用基于星上辐亮度法对反演的地表温度进行精度评价,并将反演的地表温度与JM&S算法、段四波等修正的JM&S算法反演的地表温度进行对比分析.结果表明:使用文中改进后的大气参数对HJ-1B星IRS4进行地表温度反演,可取得较好结果.     

地表热红外辐射方向特性的航空飞行试验研究

为了研究农作物冠层的热红外辐射的方向变化特性，一台装备８０°视场角广角 镜头的宽波段红外热像仪被安置在小型飞机上，沿不同的航线获取同一地区的热红外 多角度图像，传感器以不同的观测角瞄准地面同一目标、因而可以获得同一地表目标 热红外辐射的多角度信息．介绍了机载多角度热红外遥感图像的处理原理、方法及处理 结果，并分析了几种典型农作物在不同生长季节热红外辐射方向性的变化规律。     

用热辐射方向性模型反演非同温像元组分温度

在遥感像元内含有多种组分、温度不均一的情况下，地表像元热红外辐射的方 向性主要源于像元内的三维结构．研究应用多角度方向辐射观测数据对非同温像元组分温度的估计，提出了多组分像元热红外辐射模型的线性反演方法，在反演中，对观测数据信息和反演参数信息量的度量方法、对模型优化函数的改进，及对室内模拟试验观测数据进行了验证．     

基于能量平衡模型的陇东黄土高原蒸散发遥感反演——以平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区为例

利用TM遥感影像和地表热量平衡模型估算平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区的蒸散发量,并结合地面实测资料进行检验,分析了该区域蒸散发的分布规律,研究了蒸散发量与土地利用、地表参数、地形参数的关系。结果表明：研究区当日蒸散发量介于0．46～7．85mm之间,平均3．81mm,空间分布差异明显;不同下垫面的蒸散发能力有一定差别,其中水体和林地的日蒸散发量最大;蒸散发量与NDVI和斋程等呈线性正相关,而与地表温度呈线性负相关。本研究可为区域地表水循环和生态修复提供数据支持。     

零散射近似的冠层热红外辐射间隙率模型

对冠层热红外出射辐射的精确物理描述,是利用遥感技术反演植被覆盖区域地表温度工作中的关键一环．侧重于零散射近似下表达连续植被冠层热辐射特征的间隙率模型,包括基本模型与附加光照修正项并考虑热点效应的光照模型,分别对应夜间和白天的冠层热辐射特征;并着重研究辐射的方向性分布,及其与叶面积指数、叶倾角等因子的关系;由于冠层内部温差,如叶片与土壤温差、光照叶片或土壤与处于阴影中的叶片或土壤之间的温差等,引起的冠层方向辐射特性．模型的理论计算值与地面实验实测数据吻合较好,证明模型能在一定范围内较好地反映植被冠层的热辐射特征．     

一种测定土壤热惯量的新方法

地物热惯量是应用遥感技术进行地表热量平衡过程研究的一个重要参数，它是地物密度、热容量和热传导系数的函数．提出了一种利用土壤热通量板、红外测温仪、数据采集器等附加装置，在土壤遮阳降温过程中连续快速地测定土壤热通量和土壤红外辐射温度来估算土壤热惯量的新方法．通过对３种不同水分含量的土壤样本进行热惯量测定的试验，其结果很理想，从而确定了这种土壤热惯量测定新方法的可行性，同时在测定技术上也是一种新的尝试．     

天问一号火星探测器气动热防护系统设计与实现

本文采用基于热解层模型的烧蚀热响应计算方法,对轻质防热材料的烧蚀机理进行分析,预测了防热材料在火星气动热环境下的烧蚀、热解及传热特性.开展地面风洞试验设计,获取了多状态下的防热材料烧蚀数据.通过与地面试验数据的比对分析,对烧蚀传热计算模型中的不确定性参数进行了修正,最终确定了气动热防护系统的设计状态.飞行任务表明,天问...     

利用ATSR数据分解土壤和植被温度的研究

欧洲遥感卫星（ＥＲＳ）上安装的ＡＴＳＲ传感器是目前惟一能在两个观测角度上提供准实时热红外测量的有效工具．相对于正在准备之中的新一代多角度卫星传感器而言,ＡＴＳＲ数据为我们提供了一个在热红外区域开发有关方向性观测信息潜力的机会．通过对一景ＡＴＳＲ图像的分析,结果显示尽管大气状况对于准确度的影响非常敏感,但是,仍然可以在可接受的范围内反演出不同方向的亮温值（地表各向异性辐射量）,为了从不同方向的亮温值同时反演出植被和土壤的温度,必须对大气状况和像元内容进行 恰当的表述,否则,这种反演将具有很大的不确定性．     

一种从中红外和热红外数据中反演地表比辐射率的物理算法

根据两通道与温度无关的波谱指数的概念,并利用白天和晚上中红外和热红外的空间测量值,提出了一种用于提取方向比辐射率的物理方法,同时提出了一个用于描述反射率（或比辐射率）角度变化的三参数现像模型．把这种方法用于ＡＶＨＲＲ数据,结果显示,地球表面并不是Ｌａｍｂｅｒｔ体．对裸露土壤,双向反射率的角度变化似乎与方位角无关,而植被具有很强的后向散射作用．至于方向比辐射率,植被的值很高而且与方向无关,相反,干旱地区的地表比辐射率的值较低并且具有显著的方向性．     

基于裂纹扩展的涡轮叶片热障涂层寿命预测模型

热障涂层在高温热循环的服役环境中会出现性能退化,最终剥离失效.本文以等离子喷涂的YSZ涂层为研究对象,基于亚临界裂纹扩展模型,引入临界能量释放率指数模型,结合改进的热生长氧化层增厚模型,推导了涂层循环失效预测模型.通过和公开的实验数据对比,验证了本文方法的准确性.之后将该模型应用于国内某型燃气轮机涡轮导叶热障涂层的寿命预测.结果表明,随着热生长氧化层的增厚,当达到临界厚度时在陶瓷层和黏结层界面会出现应力反转.陶瓷层和黏结层界面出现的拉伸应力会诱导附近微小裂纹扩展.此时热生长氧化层进一步增厚,将会加速裂纹的扩展速度,直至裂纹贯通,界面出现剥离失效.涂层寿命与服役温度呈指数递减规律,在一定范围内提高陶瓷层和黏结层界面粗糙度可以延长涂层服役寿命.本文模型对预测等离子喷涂的YSZ涂层寿命具有很好的应用价值.     

青藏高原多年冻土区实际边界浅层土体温度场

在现有冻土理论、热力学原理及流体力学理论等的基础上, 结合青藏高原的气候特征及室内和现场测试资料, 提出了一套考虑风速、辐射和蒸发等多种自然因素及工程外表特征的温度场有限元数值模型与分析方法, 并分析讨论了青藏高原普遍存在的粉质黏土和砾砂土的热物理参数的确定方法. 在此基础上的数值分析表明地表温度是各种外在因素的综合反映, 在工程设计中应该充分考虑各工程场地外在因素的差异性, 对冻土路基的数值分析表明影响路基稳定性的横向热差异问题的本质是边界条件沿路基表面的差异.     

一种集成通用高超声速飞行器气动工程预测系统

本文建立了一种面向高超声速飞行器的集成通用气动预测系统.通过引入CAD/CG建模技术实现了复杂飞行器3D几何模型的快速准确建模,并可以利用网络上的共享模型资源直接计算.引入FEM技术和自由网格生成算法,实现了复杂飞行器模型的快速网格生成.设计并开发了通用面元几何分析程序,建立了外法线快速矫正方法.基于面元气动分析理论开发了面元气动分析求解器,实现了面元气动计算和整机气动参数整合,能计算飞行器的气动力、力矩和气动导数.通过软件集成调用技术,将几何建模、面元划分、面元分析、面元气动计算以及后处理集成在统一的软件系统中,实现了高超声速飞行器气动参数的全自动计算与分析.HTV-2和航天飞机的仿真计算结果表明了该系统的有效性.     

基于红外辐射特征的空间目标属性预测

利用空间目标红外辐射测量数据,提出了系统的计算分析方法,对空间目标的温度、发射率等属性进行预测,进而判断空间目标的类型和运行状态.通过建立空间目标红外辐射光谱计算模型,模拟了探测器接收到的红外辐射光谱信号,采用独立成分分析方法提取了空间目标不同材料的光谱发射率特征,判断了空间目标的部件个数和材料类型,采用最小二乘拟合方法反演了空间目标各部件的投影面积与表面温度.模拟结果表明:该方法对空间目标参数的反演误差较小,能够实现对空间目标属性的预测.研究成果对于空间目标类型和状态的判断,具有十分重要的意义.     

热红外双通道差分模型交叉定标

通过对水体目标热红外辐射传输方程进行推导和变换,建立热红外双通道交叉定标差分模型,克服辐射传输模拟法定标过程中不能真实反映成像时大气条件的不足,提高定标精度.地表、大气和表观能量解析表明,待定通道表观亮温是参考通道表观亮温的差分组合,差分模型避开了成像时大气分层温度和密度状态的影响,唯一需要考虑的是水汽吸收的影响.通过对742条中纬度TIGR大气廓线数据（柱水汽含量范围0～5×103atmcm）的拟合误差分析表明,当参考通道和待定通道观测天顶角在30？以内时,差分模型对水汽含量大小并不敏感,最大误差在0.2K以内,40？以内时最大误差在0.3K,50？以内时最大误差在0.6K,当超过50？时误差不确定性增加,因此差分模型最佳观测角度在30？以内而不要超过50？.青海湖场地替代定标结果作为真值的精度验证表明,以MODISB31,32作为参考通道对IRSB08通道进行的差分模型交叉定标精度与场地替代定标精度一致,差分模型可以作为在轨传感器一种高精度和高频率的替代定标和真实性检验的手段.     

论热红外遥感中的基础研究

指出遥感研究领域中基础研究不足的现状,从机理模型、尺度转换和科学试验３个方面深入论述了热红外遥感基础研究的科学内涵．并以攀登项目“地球表面能量交换的遥感定量研究”的进展,论证了加强基础研究的必要性、重要性和深远意义．     

中国北方农牧交错带土地利用格局演变与模拟

利用获自NOAA/AVHRR和SPOT VEGETAN遥感影像的中国北方农牧交错带1989,1994和1999年三期地表土地覆盖数据,分析了10年来该区域土地利用格局演变并建立了土地利用格局模拟模型,以此进行了中国北方农牧交错带土地利用格局演变及优化模拟研究.试验表明,利用该模型可以有效开展区域土地利用格局模拟,为有效改善区域生态环境提供决策依据.