基于热红外遥感的热环境区划研究

杨金香　毕思文　程学丰

摘 要： 青藏高原的热环境的变化，不仅对我国，对亚洲乃至北半球的大气环流均具有 极为重要的作用，直接影响着东亚季风气候的形成和演变。用亚东－格尔木－ 锡铁山走 廊域的地学剖面实测温度数据和青藏高原MODIS遥感影像数据，研究分析了该走廊域的热环 境特征。研究表明，在研究区域内热环境分布具有明显的南北条带性：西北部的温度 偏低，东南部次之，中东部温度最高。

关键词：热红外遥感；亚东-格尔木-锡铁山；热环境；区划

中图分类号：X87 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2008)03-0001-04

青藏高原是世界上最高大、地形最复杂的高原［1］，具有清澈透明的大气层，高原 的气 温接近植物生长发育的临界点，对温度的变化非常敏感，其微小变化都会导致生态系统类型 、分布及其环境的巨大变化。而且高原的自然环境和生态系统在全球占有特殊的地位，它位 于全球两大季风系统（南亚季风和东亚季风）的交汇区，是亚洲季风气候变化的启动区，对 中国及亚洲季风区的其它国家的环境影响极大，在全球变化研究中占有十分重要的地位。但 由于印度板块与欧亚板块的持续碰撞， 高原的持续隆升， 引起了地下温度场的变化， 影 响了 大气环流和大洋环流形式， 导致高原的热环境发生显著的变化。 因此， 青藏高原的热环 境的 变化， 不但对我国， 而且亚洲乃至北半球的大气环流均具有极为重要的作用， 直接影响 着东亚季风气候的形成和演变［1］。

1 研究区范围

研究区位于亚东－格尔木－锡铁山地学剖面［2］，南起西藏亚东，往北经拉萨、当 雄、安多、进入青海省经唐古拉山口、沱沱河、昆仑山口以及格尔木市，北至青海省柴达木 盆地锡铁山，全长约1 400 km，走向NNE-SSW，走廊域宽100 km （见图1）。

2 数据处理

2．1 青藏高原地质剖面地温测量数据

地质剖面温度的实测是从2001年8月24日开始， 到2001年9月10日止； 以亚东为起点， 沿 青藏公路布点， 至格尔木到锡铁山， 全长约1 400 km； 实地观测了75个探孔 的剖面温度，钻孔测温方法采用长1.2 m， 直径5 cm的洛阳铲作 为钻具， JM22便携式数字温度计测温。 该仪器获取数据的准确度为±0.2% ℃ ， 精度为0.1 ℃， 完全满足测试要求。 测点分别设置在： 地表100 cm、 地表0 cm、 地下-20 cm、 -40 cm、 -60 cm、 -80 cm、-100 cm、-120 cm 8个 层面 （见图2） 。

从图2中可以看出，虽然亚东－格尔木－锡铁山沿线的地－气温度变化比较大，但从整体分 析，地表0cm的温度与地表100 cm的温度的波动趋势具有良好的一致性，最高值 均出现在格尔木－西大滩一带，最小值出现在五道梁附近。而地下-20 cm～- 120 cm的剖面温度的波动 趋势具有很好的一致性。北部锡铁山—唐古拉山即柴达木－昆仑－巴颜喀拉－羌塘地块，剖 面温度最低，且由北向南剖面温度依次降低；南部浪卡子－亚东剖面即喜马拉雅地块体温度 次之；中部拉萨－冈底斯地块剖面温度最高。其中在地震带附近和格尔基村附近温度最低， 出现冷异常；在曲水附近温度陡增，出现热异常，即怒江－班公湖缝合带出现热异常。

（1） 数据的选取 本次研究选取2001-09-09-10两幅青藏高原的MODIS影像。MODIS有 36个通道，其中通道 1～19和通道26分布在可见光和近红外波段，其他16个通道都分布在3～18 μm 的热红外波段。选取31通道（10.780～11.280 μm）和32通道（11.770～12.27 0 μm）的辐射数据作为本研究的数据源。

（2） MODIS数据的热辐射量计算 利用定标数据—通道的比例系数（radiance-scales ）和通道的偏移量（radianc-offse ts），将MODIS每个通道的计数值N（SIB,T,FS）换算为物理量。MODIS 1B数据中的每个通道 都是16位的整数储存，在红外通道经定标换算后就获得光谱辐射亮度L（LB,T,FS）。运算关 系式如下：

LB =radiance-scaleB (N-radiance-offsetB)

radiance-scaleB，radiance-offsetB的值可在相应波段数据集的属性域中获得或者利 用Explore Inspector获得，使用的软件是ENVI4.0。

（3） 遥感影像的几何纠正、镶嵌、剪裁 利用ENVI软件的强大图像处理功能，对数据源进 行几何纠正、镶嵌。并选取N26.3°～N38.25°、E88.62°～E99.69°（包含亚东—格尔木 －锡铁山长约1 400 km，宽约100 km，走向NNE-SSW的走廊域）， 长约1 300 km，宽约1 036 km的长方形区域作为研究区域，进行剪 裁(见图3)。

（4） 遥感图像热信息的提取 利用ENVI的波段运算功能，以普朗克方程为基础，进行遥感影像热信息的提取，将光谱 辐射亮度变为辐射等效亮温(见图4)。

3 热环境区划

3.1 遥感影像亮温分析

为了对影像进行有效的区划，首先需要对影像进行统计分析，确定亮温值的范围及其分布特 征。经过运算、转换得到的辐射等效亮温影像，其计数值代表亮温值，单位为K。

研究区域内亮温值的范围为208.82～316.717 K。其中亮温值<2 73 K（即0 ℃）的区域， 占整个研究区域的44.81％（其中亮温值 在208 ～220 K之间的区域， 仅占整个研究区域的0.014％）； 介 于273～300 K之间的，占整个研究区域的51.84％；>300 K的占整个研究区域的3 .53％。

根据以上分析，结果可以将影像上的亮温值以10 K单位分为10个等级（除第一 等级外），即208～220 K，220～230 K，230～240 K ，240～250 K，250～260 K，260～270 K，270～280 K，290～300 K，300～310 K,310～320 K ，并以不同颜色表示，结果如图5所示。

从区划的结果可以看出：在研究区域内，温度分布具有明显的区域性：西北部的温度偏低， 即柴达木－昆仑－巴颜喀拉－羌塘地块，平均温度在0 ℃以下；东南部次之， 即喜马拉雅地体，平均温度在0 ～23 ℃；中东部温度最高，即 拉萨－冈底斯地块，在23 ℃以上。其中，位于N29°E91°左右存在热异常，即 怒江—班公湖缝合带存在热异常。这与地面实测剖面温度结果相一致，也与毕思文、延昊等 人［2］的研究结论相一致，说明此区划结果可信。

4 结论

通过上述的分析，可以得出以下结论：在研究区域内，热环境分布具有明显的南北条带性， 即西北部的温度偏低，即柴达木－昆仑－巴颜喀拉－羌塘地块，平均温度在0 ℃以下；东南部次之，即喜马拉雅地体，平均温度在0 ～23 ℃ ；中东部温度最高，即拉萨－冈底斯地块，在23 ℃以上。其中，位于N29°E91 °左右存在热异常，即怒江—班公湖缝合带存在热异常，与地面实测剖面温度结果相一致。

参考文献：

［1］ 朱克云, 段廷扬, 潘永.青藏高原热状况特征分析［J］.云南大学学报，20 01，23(4):252-257.

［2］ 毕思文, 延昊, 王长耀.青藏高原雅江缝合带及班公湖-怒江缝合带热红外遥 感研究［J］.中国科学E辑技术科学，2006,36（S）:104-108.

［3］ 江灏，王可丽.青藏高原地表热状况的卫星资料分析［J］.高原气象，2000 ，19(3):323-329.

［4］ 冯松,姚檀栋,江灏,等.青藏高原近600年的温度变化［J］.高原气象，2001 ，20（1）:105-108.

［5］ 王绍令,丁永建,赵林,等.青藏高原局地因素对近地表层地温的影响［J］. 高原气象，2002，21（1）:85-89.

［6］ 张元生,郭晓,张小美,等.应用静止卫星热红外遥感亮温资料反演地表温度的 方法研究［J］.西北地震学报,2004,26（2）:113-116.

［7］ 李栋梁,李维京,魏丽,等.青藏高原地面感热及其异常的诊断分析［J ］.气候与环境研究，2003,8(1):71-83.

(责任编辑：宋晓梅)