祁连山区域地表反照率遥感估算

摘 要：卫星遥感在研究地表反照率时有其独到的优势，本研究利用Landsat-5遥感影像，结合除热红外波段以外的6个波段进行祁连山区地表反照率的估算，其估算结果与前人的结果基本一致，可以满足研究区域对地表反照率的要求。

关键词：祁连山 地表反照率 遥感

中图分类号：P407 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0044-02

地表反照率是地表对太阳辐射的反射通量密度与总入射通量密度之比。反照率的传统计算方法是用实测资料结合植被特征和土壤类型来估算的[1]。但这种方法往往因观测资料代表性和地表参数的不确定性而影响其计算精度。由于地表反照率受地球表面覆盖类型等地表特征和太阳高度角等因素的影响，具有较大的时空分异性。遥感技术克服了上述缺点，同时具有信息量大、覆盖面广、实时性强等优点，因此近年来日益受到重视。

本研究应用Landsat-5遥感影像估算研究区地表反照率并验证其精度，为研究区的生态建设、资源利用与环境评价等方面提供了地表反照率的计算方法。

1 研究区概况及数据准备

1.1 研究区概况

祁连县位于青海省东北部、海北藏族自治州的西北部，地处祁连山中段。地理坐标为37°25'16''～39°05'18''N，98°05'35''～101°02'06''E，研究区地理位置如图1所示。研究区南北两侧和中部为高山，其他地区地势较为平坦，最高海拔5264 m、最低海拔2646 m，平均海拔3500 m。县境沿祁连山南麓呈北西―南东向的不规则长条形，东北―西南宽约50 km，东南―西北长约300 km，总面积14781 km2。

1.2 数据源

（1）遥感数据。研究中所使用的遥感影像为Landsat-5 TM影像，来源于美国地质勘探局网站（USGS）（http：//glovis.usgs.gov/）。考虑到影像的覆盖范围及成像时间的一致性，仅选用了可以覆盖祁连县大部分区域的一景影像，其影像轨道号为P134R033，分辨率为28.5 m，成像日期为2009年7月17日，成像时间为北京时间11：50am，影像云覆盖率为0.35%。

（2）DEM数据。DEM数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站（http：//datamirror.cddb/）的全球30 m分辨率数字高程数据产品，该数据是利用ASTER GDEM第一版本（V1）的数据进行加工得来。

（3）土地利用/土地覆盖数据。土地利用/土地覆盖数据来源于中国科学院寒区旱区科学数据中心网站（http：///）。根据祁连山区的自然特征及本文研究的需要，将土地利用/土地覆被分类系统的类型合并为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地、沼泽地、裸土裸岩石砾地以及永久性冰川雪地8种类型。

1.3 数据预处理

影像的预处理通过ENVI4.8软件进行，首先需要对TM影像进行几何精校正，并且将其重采样到30 m像元分辨率，裁剪出研究区域的影像，然后通过对研究区域影像进行辐射定标得到波段辐射亮度值，并对辐射亮度值进行大气校正以及地形校正，消除由于大气、地形等因素所引起的地表反射率的误差。由于缺乏卫星过境时详细的大气剖面资料，故6S等大气校正模型不太适用，因而采用了FLAASH模型进行大气校正。研究区山区较多，为消除地形阴影对传感器接收地面信息的影响，采用Civico模型对大气校正后的影像进行地形校正。最后获得比较准确的地表反射率数据。

2 研究方法

TM影像一共有7个波段，为了充分利用各波段的信息来计算地表反照率，可把除热红外波段以外的6个波段都组合起来。在0.3～4.0 mm连续光谱段中忽略1.38～1.50 mm，1.85～2.08 mm，2.35～3.00 mm这三个水汽吸收带，整个反照率计算公式如下[2]：

其中，为地表反照率，为单波段地表反射率，也就是经过大气校正和地形校正的反射率。

3 结果与分析

本研究估算结果如图1所示，经统计分析得出，研究区域的地表反照率在0.1～0.2之间，各土地利用类型的反照率如表1所示，估算所得的结果与蔡福[3]的研究结果相近，可以用于研究区域地表反照率的估算（见图1）。

经研究发现，估算得到的地表反照率的值较蔡福的研究结果偏小，这是由于该区域于影像获取前一天夜间有少量的降水，使得该区域的估算值偏小。并且，夏季祁连山区降水较为频繁，地表较为湿润，也在一定程度上影响了估算结果。

4 结论与讨论

影像的预处理对于遥感反演陆地非均匀表面地表反照率结果有着较为重要的影响。本研究中采用经辐射校正和地形校正后的波谱反射率求取，有效的消除了大气、地形所造成的误差。使得反演得到的地表反照率较为准确。

虽然使用的Landsat5-TM卫星已经停止使用，但是环境与灾害监测预报小卫星HJ-1A/1B卫星与Landsat5-TM的参数基本相同，因此可以在今后的研究工作中使用HJ-1A/1B卫星来获取遥感影像进行地表反照率遥感反演，并且其4d的重访时间相对于TM卫星16d的卫星重访时间更能反映地表地物在时间尺度上的波谱特征变化，易于蒸散发在时间尺度上的推广。当然，也可以选择空间分辨率更高、拍摄周期更短的遥感卫星来提高蒸散发遥感反演的精度以及更快速的获取日蒸散发的变化状况。由于缺少当时的大气资料，故大气校正采用的FLAASH模型，在校正的精度上较6S模型低一些，此后的工作中可以获取大气资料后使用6S模型进行大气校正，以求得更为准确的地表反射率。

参考文献

[1] 陈渝蓉，高国栋.我国辐射平衡各分量的计算方法及时空分布特征[J].南京大学学报：自然科学版，1976（2）：89-110.

[2] 刘三超，张万昌，蒋建军，等.用TM影像和DEM获取黑河流域地表反射率和反照率[J].地理科学，2003，23（5）：585-591.

[3] 蔡福，祝青林，何洪林，等.中国月平均地表反照率的估算及其时空分布[J]. 资源科学，2005（1）：114-120.