PDF《田块尺度作物辐射温度获取方法对比研究》

1 )野外拍照.在野外拍照时, 我们选用 3m长 度的吊杆将相机悬挂在观测区域上方, 利用重力使相 机保持垂直向下的拍摄角度, 拍摄同一玉米样地内不 同地点的多张冠层照片, 并在照片范围内放置长度已 知物体作为拍摄范围参照, 用于估算照片覆盖的 面积. (

2 )计算机数字图像处理.由于观测区域植被 都为绿色的情况, 因此可以利用数字图像处理技术中 基于颜色的分类方法与人机交互将绿色植被划分出 来, 计算照片中绿色部分占统计区域的比例, 并认为 该比例即是照片的植被覆盖度.最后把同一样地内 在同一时间段拍摄的所有照片植被覆盖度平均值作 为该样地的植被覆盖度.利用同样的方法获得了

4 块样地在不同观测日期的植被覆盖度数据. 获取植被覆盖度和经过辐射定标后的玉米植株 与背景土壤的组分温度后, 便可利用覆盖率与相应组 分温度的加权平均获得基于单张热红外图像的地面 平均辐射温度, 公式如下: T a v e =ρ v ・T v +( 1-ρ v ) ・T s (

1 ) 其中, T a v e 为地面平均辐射温度, ρ v为植被覆盖度, T v 与Ts分别为玉米植株与背景土壤平均辐射温度.

3 .

2 手持式红外辐射计数据处理 手持式红外辐射计数据的处理根据采样方式可 分为两种: (

1 )当采用垂直垄条带采样方式时, 只需利用定 标参数计算出定标后的辐射温度值, 再计算田块平均 辐射温度值即可. (

2 )当选用顺垄条带采样方式时, 引入垄宽与垄 间距比例的权重来计算田块平均辐射温度, 公式如下: T a v e =γ v ・T v +γ s ・T s (

2 ) 其中: γ v为垄宽占一个周期的百分比, γ s为垄间距 占一个周期的百分比, 其他符号含义与式(

1 ) 相同. 需要指出的是, 式(

1 ) 与(

2 ) 均是利用植被与土 壤的平均辐射温度的加权和来求取田块的平均辐射 温度, 而不是来自于对组分辐射能量的加权和.主 要是由于手持式辐射计的测量原理就是对每一次测 量的辐射温度进行简单的算术平均得到整个地块的 辐射温度, 这和遥感传感器一个像元范围内是亚像 元的能量积分的概念不同.其次, 在于野外测量时 难以获得植被和土壤二者的真实比辐射率, 且手持 式红外辐射计测量视场内常常难以保证完全的 纯 像元 , 特别是当采用垂直垄条带的方式时, 测量值 是植被或土壤二者共同的辐射贡献, 此时难以从数 据中分离出植被与土壤的成分.所以本文采用公式

6 8

7 地球科学进展 第24卷787第7期康国婷等: 田块尺度作物辐射温度获取方法对比研究 (

1 ) 、 (

2 ) 进行两种方法在田块尺度的对比验证. 然而, 从热像仪的像元到手持式辐射计的视场 尺度是一个典型的能量积分, 采用上面的方法就存 在可能的尺度问题.为了探讨本文采用的式(

1 ) 在 辐射计视场尺度简单求和对计算结果可能带来潜在 的误差, 我们模拟对比了辐射能量加权法得到的结 果与这种简单求和得到结果的差异.忽略多次散射 的影响, 辐射能量加权法可以表示为: T

1 =[ ρ v ε v T

4 v

0 +( 1-ρ v ) ε s T

4 s

0 ]

0 .

2 5 (

3 ) 式中: ε v和εs分别为玉米与背景土壤比辐射率, T v

0 和Ts0分别为植被与土壤的真实物理温度. 将比辐射率和真实物理温度代入公式(

1 ) , 可 以得到: T

2 =ρ v ・ε

0 .