不同尺度下的表面温度和发射率：定义、测量及相关问题

摘要 为了从空间测量中确定大尺度的表面热通量，有必要为整个像素区域引入一个整体温度，以应对非均质和非等温的表面。该温度应可以从太空中测量，并应与相应的通量相关。本文第一部分讨论了这种表面温度的可能定义及其与辐射和显热通量的关系。该温度称为辐射温度〈Tsr〉，不仅依赖于像素内的表面温度和发射率的分布，还依赖于用于测量的通道。建模显示，如果像素内表面发射率和温度的变化较小，则〈Tsr〉等于该像素内表面温度的平均值。在某些情况下，可以通过在至少两个通道中测量〈Tsr〉来获取该像素内表面温度分布的平均值和方差。为了从空间测量这个辐射温度，有必要将表面温度和表面发射率从观察到的辐射亮度中分离。我们在本文第二部分回顾了几种方法，并提出了一种改进的TISI（温度无关光谱指数）来从AVHRR数据中推导发射率。一旦测量了发射率，可以使用局部分窗口算法来推导辐射温度。我们提出了一种新的分窗口算法，考虑了表面的光谱发射率以及对大气水汽含量大变化的修正。由于很难获得与AVHRR像素相关的原位表面温度，我们在本文的最后部分仅通过比较在不同地点和不同季节的结果，给出了模型误差的估计，这些结果是通过局部分窗口算法和几种已发布的AVHRR/2数据的分窗口算法以相同的方案，使用第二部分讨论的方法推导出的发射率值进行比较的。比较结果显示，由Prata和Platt（1991）、Sobrino等（1991，1993）、Ulivieri等（1994）得出的算法与所提出的局部分窗口算法结果相当，而Becker和Li（1990b）之前的算法相对于最新方法产生了大约1.5K的系统性过高估计，其他算法（Price，1984；Ulivieri等，1985；以及NESDIS）之间可能存在显著差异。