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本文针对环境与减灾小卫星红外相机数据的定量研究和应用需求，以大气水汽和地表温度反演为主要研究内容，根据红外相机数据的特点，研究了利用多种数据源演提供大气和地表参数的方法，开发了适合中国区域的针对环境与减灾小卫星的宽通道地表温度反演算法。
大气水汽在环境监测和气候变化研究中有重要意义，也是环境与减灾小卫星地表温度产品的重要输入参数。对多种数据源的大气水汽反演方法进行了研究：
(1)利用改进的Langley法对地基光度计进行定标，反演了大气可降水量。
(2)分析了Hyperion反演人气水汽的通道选择，提出了改进的多波段联合反演大气可降水量，误差分析表明，仪器特性对于高光谱数据反演大气水汽有重要影响。该方法可应用于环境与减灾小卫星超光谱成像仪的水汽反演。
(3)MODIS分辨率较粗，地表反射率的非线性变化是影响水汽反演的主要误差源，在Terra-MODIS水汽算法的基础上，提出区分水体、植被和其他地物，考虑通道响应函数差异，得到了适合Terra和Aqua MODIS数据的水汽反演方法。
(4)比较多种数据源反演水汽的结果，分析了水汽反演的误差源，表明大气模式对近红外水汽反演影响很小，MODIS水汽数据可以达到环境与减灾小卫星地表温度反演精度要求。
(5)利用地基和MODIS反演结果，分析了水汽日变化特征以及北京市大气水汽空间分布特征。
地表温度是研究陆面过程和地表能量平衡的关键参数。针对环境与减灾小卫星红外数据宽通道单波段以及宽视场的特点，提出利用地面台站和遥感数据结合提供大气参数，以及红外光谱库结合可见光近红外数据估算比辐射率，并改进了已有的单窗算法和普适性单通道算法，进而提出环境与减灾小卫星地表温度反演的宽通道算法。该方法利用标准大气、TIGR数据、中国平均大气模式和中国区域气象台站廓线数据进行辐射传输模拟，研究发现，如果考虑气温的影响可以提高热带和中纬度地区透过率和大气辐射计算的精度；算法改进了单窗算法，考虑大气上行辐射和下行辐射的差异，通过建立中国不同区域的大气下行和上行辐射的关系，对大气效应进行参数化，得到天底点地表温度反演的宽通道算法；然后分析了大气透过率和大气辐射的角度变化规律，解决了倾斜角度下大气校正问题；最后通过建立考虑光谱响应函数的宽通道辐亮度模型反演出地表温度。分析了传感器光谱响应特性对温度反演结果影响，发现仪器光谱特性测量和仪器定标对红外定量研究有重要意义。通过算法的参数敏感性分析，结合气象台站廓线数据验证，并以Landsat ETM+数据为例利用顺义实验同步大气探空数据和地而温度测量数据，与单窗算法和普适性单通道算法进行比较，表明本文提出的宽通道地表温度反演算法具有更高精度，更适合于中国地区地表温度反演。红外遥感数据在环境和灾害研究中有重要应用价值。MODIS数据通道较多，结合Terra和Aqua两颗卫星一天可以获取同一地区多景数据。提出了利用双星MODIS红外通道亮温差的方法来监测沙尘暴，对于研究中国北方沙尘暴的发生、起源以及动态变化有重要的意义。高分辨率红外数据对城市热环境研究有重要意义，以特大城市北京和西北干旱区的张掖绿洲为研究区，用TM/ETM+数据研究了城市热岛效应，分析了地表温度和下垫而的关系。通过本文的研究，表明环境与减灾卫星的红外相机数据产品在环境和减灾监测等应用领域具有广阔前景。