锡林浩特草原陆表热红外发射率光谱野外测量

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1、第１８卷第５期草业学报３１－３９Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．５ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ２００９年１０月锡林浩特草原陆表热红外发射率光谱野外测量张勇，杨虎，郑照军，张立军，陆其峰，李贵才，杨忠东（中国遥感卫星辐射测量与定标重点开放实验室国家卫星气象中心，北京１０００８１）摘要：锡林浩特草原陆表发射率光谱是利用陆表场地进行卫星遥感器红外通道绝对辐射定标和产品真实性检验的关键因子之一。基于光谱平滑的温度与发射率分离反演迭代算法，利用高精度的波曼（ＢＯＭＥＭＭＲ１５４）傅立叶变换红外光谱仪和红外标准板，对锡林浩特草原陆表发射率光谱进行测量。获得了不同

2、时间和观测条件下测量的陆表发射率光谱数据。利用该发射率光谱测量结果，可以利用锡林浩特草原对目前国内外主流的遥感卫星热红外通道进行在轨场地绝对辐射定标，并对热红外遥感产品进行真实性检验。关键词：草原；热红外遥感；发射率光谱；野外测量；真实性检验中图分类号：Ｓ８１２；Ｓ１２７文献标识码：Ａ文章编号：１００４５７５９（２００９）０５００３１０９地表发射率是描述地表红外辐射特性的基本参数，也是利用陆表作为卫星遥感器红外通道场地绝对辐射定标靶区和进行陆表热红外遥感产品真实性检验所必须掌握的关键陆表参数之一。目前，国内外的红外卫星遥感器在轨场地绝对辐射定标主要

3、是利用高海拔、大气干洁、人为扰动少、温度场分布均匀的高原湖泊作为定标靶区，可以达到很好的定标精度；但是，这些目标区域往往水表温度较低，且低于卫星对地观测的绝大部分目标；只能满足辐射定标线性低端的精度要求。如果对定标结果向辐射响应的高端进行线性外推，则无法保证定标的精度要求。因此，必须找到一个辐射响应高端的陆面目标作为定标靶区进行在轨定标。要利用高辐亮度的陆表进行辐射定标，则陆表发射率是必须考虑的关键因子之一，也是关系到定标精度和成败与否的关键参数。近些年来，无论是室内还是野外，人们都在努力探索各种方法来测量地表发射率。但实验室测量的发射率数据往往不能满足实

4、际遥感应用的需求，因为发射率不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（表面粗糙度等）及物理性质（介电常数，含水量、温度等）有关，并随着所测定的辐射能的波长（λ）、观测角度（θ）等条［１］［２］件的变化而变化。在发射率光谱的野外测量方面，国内外开展了大量的研究工作。Ｎｅｒｒｙ等、Ｈｏｏｋ和Ｇａ［３］［４］［５］ｂｅｌｌ、Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ和ＤＡｒｉａ、Ｒｕｂｉｏ等为了不同的应用目的，开展了土壤热红外发射率光谱的野外测量试验；［６］［７］目前国内在这方面也开展了重要的研究，张仁华和田国良提出黑体筒法来测量土壤的发射率；唐新斋等利用黑体筒封闭法测定发

5、射率，该方法大大简化了发射率的测量及计算过程，并针对这种方法分析了目标物体、环境［８］的出射辐照度的波动对发射率精确测定的影响；肖青和柳钦火利用ＢＯＭＥＮ傅里叶变换红外光谱仪测量得到［９］了土壤的发射率光谱，并分析了不同组分、粒径及含水量土壤的热红外发射率变化规律；王先兵等利用傅里叶变换红外光谱仪（ＦＴＩＲ）进行了地物目标发射率光谱的野外测量方法研究。近年来，利用遥感手段进行草地研［１０］［１１］［１２］究，包括草原产草量遥感监测、草地植被盖度遥感研究，以及草地植被长势遥感监测等方面也得到了极大进展。本研究基于ＢＯＭＥＭＭＲ１５４红外光谱仪和红外标准板探讨

6、了锡林浩特陆表发射率光谱的野外测量方法，并对不同时间、不同陆表结构测量获得的发射率光谱进行比较分析，表明在垂直测量的模式下，不同的陆表几何结构对发射率光谱的影响主要表现在绝对数值的差异上，对谱形的变化影响很小，获取的发射率具有较好的一致性，发射率光谱测量精度较高，可以利用该组发射率光谱数据应用于国内外不同热红外遥感器的在轨场地绝对辐射定标和热红外遥感产品真实性检验。收稿日期：２００８１１２５；改回日期：２００８１２２３基金项目：公益性行业（气象）科研专项项目［ＧＹＨＹ（ＱＸ）２００７６９］和国家自然科学基金（４０７０１１１８）资助。作者简介：

7、张勇（１９７７），男，陕西镇巴人，助理研究员，博士。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙｏｎｇ＠ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ３２ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９）Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．５１材料与方法１．１热红外发射率光谱的野外测量原理在８～１４的热红外光谱范围内，由辐射传输理论可知，假定地表为朗伯表面，大气下行热辐射各向同性，μｍ［１３］卫星所接收到的光谱辐射是太阳光谱辐射、大气及地物目标三者相互作用的总贡献。主要包括３部分：第１部分地物目标发射的热辐射，其大小由物体表面温度和发射率及目标与卫星之间的大气透过率决定；第２部分为地物目标对大气下行辐射、

8、环境背景辐射和太阳入射中的热辐射部分的总辐射量的反射辐射，通常情况