第八届青年地学论坛

随着应用研究的深入，流域尺度的水文（例如冰川消融）、生态和精准农业（例如蒸散发）等研究需要更高空间分辨率的地表长波辐射遥感产品作为模型输入参数 (Zeng et al., 2020)。而且，高空间分辨率的地表长波辐射遥感数据有助于更好地约束分辨率不断提升的全球气候模型，改进云和辐射过程的模拟精度 (Wild, 2020)。受到板块构造影响，强震一般发生于山区的活跃断裂带附近。已有的研究表明震前温度、水汽的变化可能与地震的孕育过程有关 (Jiao et al., 2018)。地表长波辐射是反映地表和大气热辐射变化的综合参数。高空间分辨率的地表长波辐射数据有助于研究断裂带尺度震前热辐射异常的时空演化特征。然而，相对于中低分辨率地表长波辐射反演算法 (Yang and Cheng, 2020; Yu et al., 2019)，针对高分辨率遥感数据的地表长波辐射反演研究严重不足，限制了相关研究的开展。
本研究基于ASTER遥感数据（热红外波波段的空间分辨率为90 m）提出具有普适性的晴空地表长波辐射的反演模型。基于Seebor大气廓线数据集、ECOSTRESS光谱库数据、ASTER热红外波波段的光谱响应函数以及地表温度和观测角度等相关的参数，利用大气辐射传输模型MODTRAN模拟ASTER热红外波段辐亮度与地表上行和下行长波辐射的典型数据集。进而使用深度卷积神经网络模型分别构建地表上行和下行长波辐射的反演模型。基于MODTRAN模拟数据集，ASTER地表上行长波辐射的拟合结果（MBE为-0.28 W/m²，RMSE为13.25 W/m²，R²为0.98）明显好于地表下行长波辐射（MBE为-1.33 W/m²，RMSE为28.27 W/m²，R²为0.91）。基于BSRN地面辐射观测网的BON站点数据的初步验证结果表明该方法具有较好的反演精度。ASTER地表上行长波辐射的验证结果的MBE为13.53 W/m²，RMSE为18.50 W/m²，R²为0.96。显著高估表明模型的局限性，仍需要结合地表类型、站点空间代表性等因素做分析和模型改进。地表下行长波辐射的验证结果的MBE为-0.64 W/m²，RMSE为29.28 W/m²，R²为0.72。该研究是对目前高空间分辨率地表长波辐射反演模型的完善和发展，可作为中低分辨率产品验证的基础数据，用于合理选择验证的空间尺度，服务于未来观测站点选址提供科学参考。
 

地表长波辐射,ASTER,热红外遥感