基于在线热红外监测技术的大气动力场对城市地表辐射温度遥感监测影响机理研究

Thermal Infrared images (TIR) have been widely used in the study of surface urban heat island (SUHI), surface energy balance, building energy conservation. But the reliability of moment TIR images is not confirmed. The microclimatic condition is highly variable in urban areas, where is selected as the study area (Nanchang is taken as an example). Infrared thermograpy, non-contact infrared thermometer， and automatic meteorological station are used in the online monitoring of atmosphere and land surface temperature. Several methods and technology, such as correlation analysis method, exception analysis method and computational fluid dynamics (CFD) are used to improve the radiative transfer model （RTM）. Finally, a dynamic multi-scale model is developed for transient radiative transfer calculations. The impact mechanism of aerodynamic field on the TIR images will be revealed by the dynamic RTM. Several tasks are involved: (1) the impact of atmosphere temperature, moisture, pressure on the moment TIR images; (2) threshold determination of aerodynamic field change intensity index; (3) impact mechanism of aerodynamic field on the TIR images in urban areas. The results are helpful for the scientific selection of TIR images in some relevant studies.

热红外遥感技术被广泛应用于城市热岛、能量平衡及建筑节能技术的研究中。但瞬时成像的遥感监测数据是否真实可靠或具有代表性，目前尚无系统研究。本研究选取微观气候条件多变的城区（以南昌为例），利用实时在线同步监测红外热成像（H2640）数据、点温仪（FLUCK576）数据、自动气象数据和大气动力数据（风速、风向、风温等），引入大气动力场"激变强度"指数，通过相关性统计分析、地学异常分析及计算流体力学技术，改进辐射传输静态模型，开发适用于城区的辐射传输动态模型，揭示大气动力场对城市地表辐射温度遥感监测的影响机理。为地表辐射温度遥感监测数据的合理选取及相关研究的可靠性提供科学依据。研究主要从如下几个方面展开：（1）温、湿、压等气象要素对城市地表辐射温度遥感监测的影响；（2）大气动力场激变强度指数"临界值"的确定；（3） 大气动力场影响下地表辐射温度与热传导地表温度响应差异分析。

热红外遥感技术被广泛应用于城市热岛、能量平衡及建筑节能技术的研究中。但瞬时成像的遥感监测数据是否真实可靠或具有代表性，目前尚无系统研究。本研究选取微观气候条件多变的城区（以南昌为例），利用实时在线同步监测红外热成像（H2640）数据、点温仪（FLUCK576）数据、自动气象数据和大气动力数据（风速、风向、风温等），引入昼夜温度变化模型，提出辐射温度衰减指数；利用分位数回归模型，探索辐射温度衰减与大气动力场变化之间的关系；提出概率预测模型，定量化评估大气动力场变化对城区不同地表类型辐射温度衰减幅度的影响，揭示大气动力场对在线热红外遥感监测的影响机理。研究主要从如下几个方面展开：（1）卫星遥感数据时序稳定性分析方法；（2）辐射温度衰减的定量化评估方法研究；（3）大气动力场激变强度指数“临界值”的确定；（4）大气动力场与地表热场耦合机理研究；（5）研究成果的综合应用。.该研究不仅提供了星-星交叉验证时序遥感数据可靠性的方法，还提供了定量化评估大气动力场对在线实测地表辐射温度影响的技术框架。热象仪和点温仪测量技术为获取复杂城市地表辐射提供技术支持；基于辐射温度昼夜变化模型的残差法可用于定量化评估辐射温度的衰减效应；所引入的分位数回归模型和概率预测模型，则为揭示大气动力场与地表辐射温度耦合机理提供可能。该研究成果可为地表辐射温度遥感监测数据的合理选取及相关研究的可靠性提供科学依据，被称为扩展特定应用研究，校正特定数据的蓝本。研究最后以城市热岛和候鸟栖息环境影响因素研究为例验证了研究成果的实用性。