地表反照率
地表反射率计算
黄石市地表反射率计算一、数据预处理1、打开：用ENVI5.1将黄石市2000年遥感影像数据的3,、4、5波段打开（1）用鼠标左键双击ENVI5.1图标，打开ENVI5.1程序；（2）打开黄石市2000年遥感影像数据的3,、4、5波段。
File→Open Image File→选择黄石市2000年遥感影像数据的3、4、5波段→打开。
2、合成：对黄石市2000年遥感影像数据的3、4、5波段进行合成。
Basic Tools→Layer Stacking→Import File→选择黄石市2000年遥感影像数据的3、4、5波段→Ok→Choose→命名（2000_band543_hecheng）→打开→Ok3、裁剪：用黄石市边界矢量数据裁剪合成后的2000黄石市遥感影像。
（1）打开合成后的黄石市2000年遥感影像数据的3、4、5波段；File→Open Image File→选图（2000_band543_hecheng）→打开→Ok （2）打开黄石市边界矢量数据；Vector→Open Vector File→选图（黄石市边界范围.evf)→打开备注：建立掩膜时一定要将2000_band543_hecheng和黄石市矢量边界的影像打开。
（3）以黄石市边界矢量数据建立掩膜；Basic Tools→Masking→Bulid Mask→Display #1→Options →Import EVFS→选图（111）→Ok→Choose→命名（2000_band543_hecheng_yanmo)→打开→Apply（4）应用掩膜；Basic Tools→Masking→Apply Mask→2000_band543_hecheng→Select Mask Bang→2000_band543_hecheng_yanmo→Ok→Ok→Choose→命名（2000_band543_hecheng_clip)→打开→Ok（5）备注：若裁剪后Scroll窗口内黑色背景面积太大可以进行调整。
地表反射率,温度,植被指数
地表反射率、温度、植被指数、几何精纠正和Landsat影像Basic Tools|Band Math，在Band Math对话框中输入公式，公式中的ｂ３和ｂ４分别选取第3和第4波段的地表反射率。
然后导出结果。
二、地表温度反演1、计算辐射亮度。
加载htm影像，根据头文件中的数据，得到1、2波段的辐射亮度的计算公式0.067086617777667001*b1+(-0.067086617777667001)和0.037204722719868001*b2+(3.1627953249638470)，步骤同上，得出辐射量度的计算结果。
2、辐射反演。
利用公式T=k2/ln(k1/Lλ+1)算地物的辐射反演，其中T为开尔温度；查找参数值：k1=666.09; k2=1282.71;Lλ分别利用步骤1中的波段1和波段2的辐射量度。
3、统计反演后的地物的温度值，并比较其差异。
打开反演后的温度影像，右击影像选择ROI Tool，统计各种地物值的最大值，最小值，均值，标准差，将其统计到Excel中，比较其差异。
结果与分析一、DNVI建模【地表反射率】第3波段第4波段【DNVI】【3、4波段表观反射率和地表反射率的线性关系】【表观反射率和地表反射率的线性关系数学表达式】波段关系式波段关系式1波段y=0.8933*x+0.0473 4波段y=0.9401*x+0.00652波段y=0.8801*x+0.0242 5波段y=0.9399*x+0.0013波段y=0.9161*x+0.0143 7波段y=0.9584*x+0.0004【部分地物的DNVI值】地物DNVI值min max mean stdevReservior 0.057713 0.338587 0.145087 0.038598Snow -0.12395 0.152669 0.025088 0.031572Bare Land 0.105628 0.374843 0.192701 0.043621Urban -0.356923 0.038094 -0.273288 0.045284Plant 0.333387 0.786695 0.656094 0.081619Desert 0.071897 0.155663 0.100783 0.014291River 0.043469 0.429917 0.127503 0.08131【结果与分析】：通过对提取地物的DNVI值的可以发现，绿色的DNVI值比较高，原因是绿色植物叶绿素引起的红光吸收和叶肉组织引起的近红外光反射使得植被在近红外波段和红光波段有很大的差异；水体和裸地在红光波段和近红外波段反射率相当，因此水库和裸地的NDVI值接近0；雪地NDVI最低值中出现负值，是由于在近红外波段比可见光波段有较低的反射率；沙漠中植被很少，因此其近红外波段和红光波段的反射情况和裸地类似，因此其NDVI值接近于0；河流的NDVI值稍大于由于河流中存在一定的含沙量，使得地物在近红外波段的反射率大于近红外波段。
地面对太阳辐射的反射率
地面对太阳辐射的反射率地面对太阳辐射的反射率是指地面反射太阳辐射的能力，也称为反照率。
它是一个介于0和1之间的数字，表示地面反射出来的能量占总能量的比例。
反照率越高，地面反射出来的能量就越多，吸收的能量就越少。
一、影响地面反照率的因素1. 地表类型：不同类型的地表对太阳辐射的反射率有所不同。
例如，雪覆盖下的土壤和草原比裸露土壤和岩石更具有高反照率。
2. 地表颜色：浅色地表比深色地表具有更高的反照率。
例如，白色沙漠比黑色沙漠具有更高的反照率。
3. 地表湿度：湿润的土壤和植被比干旱土壤和植被更具有高反照率。
4. 地表覆盖物：建筑物、道路、车辆等人类活动对地表覆盖造成了很大影响，使得城市区域相对于自然环境具有更低的反照率。
二、常见材料与其反照率1. 雪：80%-95%2. 沙漠沙子：40%-50%3. 草地：25%-30%4. 森林：10%-15%5. 水面：5%-10%6. 建筑物和道路：5%-20%三、反照率的应用1. 气候模型：反照率是气候模型中的重要参数之一。
通过测量不同地表类型和颜色的反照率，可以更准确地预测气候变化。
2. 太阳能利用：太阳能电池板需要吸收太阳辐射来产生电能。
高反照率意味着更多的太阳辐射被反射回大气层，因此降低了太阳能电池板的效率。
3. 城市规划：在城市规划中，考虑到城市区域具有较低的反照率，可以通过增加植被、使用浅色材料等方式来提高城市区域的反照率，从而减少城市“岛屿效应”。
四、结论地面对太阳辐射的反射率是一个重要的物理参数，在气候模型、太阳能利用和城市规划等方面都有着广泛应用。
了解影响地面反照率的因素和不同材料的反照率，可以更好地理解这一物理现象的本质。
同时，通过采取相应措施来提高地表反照率，有助于减少气候变化和城市“岛屿效应”的影响。
中国地区近10年地表反照率变化趋势
ＭＣ ４ Ｃ Ｄ ３ ３数 据 时 间 分 辨 率 为 ８天 ， 间 分 辨 空 率 为 ０ ０ 。是 经 过 大 气 校 正 的 基 于 双 向 反 射 函 数 ．５， （ Ｒ Ｆ 模 型 计 算 的 反 照 率 。Ｊ ｎ ｔａ Ｂ Ｄ ） ｏ ａｈ ｎ等 的 研 究 表 明 双 星 数 据 更 为 精 确 。 其 是 在 秋 冬 季 节 的 表 现 更 尤
模 式 计算 的地 表 反 照 率 进 行 了 埘 比 ， 分 析 了模 式 并 计 算 存 在 误 差 的可 能 原 冈 。研 究 发 现 模 式 计 算 的 反
照 率 存 植 被 稀 疏 地 区 偏 差 较 大 ， 积 雪 变 化 的 复 杂 对 性 难 以应 对 ， 式 中 对 下 垫 面 类 型 的 划 分 包 含 了 许 模 多 先 验 的 预 定 参 数 ， 杂 的 计 算 过 程 中 使 用 了 许 多 复
对 积分而来 ， 实 的谱 反照 率 可 由二 者 的线性 真
组 合计算 ：
ｄ ＋ ） （ — ） ［（７， ＋ （ （ ＝ １ — 口１ （ ） ａ ） 、 （ １）
率变 化趋势 的分析 ， 准确估计 气候变化 的趋势 ， 对 提
高 中 长 期 的气 候 预 报 水 平 有 重 要 的 意 义 。 以 往 的研 究 针 对 不 同 下 垫 面 状 况 进 行 一 定 的 分 析 ， 青 藏 如 高 原 地 区 的 反 照 率 四 季 分 布 和 干 旱 半 ｆ 旱 地 区 的 反
的 特 性 上 取 得 了许 多 进 展 。 。但 是 对 于 大 范 围反 照 率 较 长时 间 的 变 化 趋 势 相 关 研 究 还 较 少 ， 多 数 研 大
备战2023年高考地理【名校地市好题必刷】全真模拟卷(五省新高考)
备战2023年高考地理【名校地市好题必刷】全真模拟卷（五省新高考）第一模拟卷一．选择题:本大题共11小题，每小题4分，共44分。
在每小题列出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
（2023·湖南岳阳·统考一模）地表反照率是指地面反射辐射量与入射辐射量之比，表示地面对太阳辐射的吸收和反射能力。
下图为我国辽宁省某地地表反照率的日变化曲线，读图完成下面小题。
1．有关地表反照率的叙述合理的是（）A．一天中，同一下垫面反照率不变B．一般来说，清晨和傍晚反照率高C．一天中，太阳高度角越大，反照率越低D．反照率越高，地面吸收的热量越多2．关于该地12月份反照率与8月份反照率差异的原因，描述合理的是（）A．12月份地表有积雪，反照率低B．12月份昼短夜长，反照率高C．8月份地表植被覆盖率高，反照率低D．8月份降水多，土壤湿度较高，反照率高【解析】3．根据各种运输方式的特点，飞机一般适用于长途旅客运输，而汽车一般适用于短途旅客运输。
由材料可知，该城市去往廊坊市、保定市的出行方式以汽车为主，公路以短途运输为主，说明该城市距离两市较近，不需要飞机出行，且火车比例较低，该市应为北京，C正确，排除ABD。
故选C。
4．廊坊市位于河北省，距离北京较近，在“京津冀一体化”的发展中，工作在北京，居住在廊坊成为可能，人口出现钟摆式流动，D正确，ABC错误。
故选D。
5．现代社会，影响人口流动的主要因素为经济因素。
据上题分析可知，该市为北京市，北京为首都而上海为最大的经济中心，城市间经贸频繁，导致大量人口流动，B正确；而交通条件、文化及位置都不是主要原因，ACD错误。
故选B。
（2021·上海·华师大二附中校考模拟预测）随着社会经济的发展，影响某一工业部门的主导区位因素会发生一些变化。
下图为某品牌乳制品广告插图。
读图完成下面小题。
6．当前，影响该乳制品生产厂家选址的主导区位因素是（）A．市场B．原料C．劳动力D．技术7．斐济等太平洋岛国的特色文化景观为（）A．圆顶尖塔的宗教建筑B．轻柔艳丽的沙丽服饰C．热情奔放的土风歌舞D．崇拜图腾崇尚自然【答案】6．B 7．C【分析】6．从材料中的广告可知，该乳制品生产厂家选址在内蒙古巴彦淖尔，乳制品生产厂分布在草原上，是因为内蒙古巴彦淖尔草原牧区，原料丰富，配料是有机生牛乳，所以影响该乳制品生产厂家选址的主导区位因素是原料，B正确。
半干旱区不同下垫面地表反照率变化特征
半干旱区不同下垫面地表反照率变化特征【引言】地表反照率是指地表对太阳辐射的反射能力，是地表能量收支的重要组成部分，对气候变化、水循环、生态系统和农业等方面具有重要影响。
在半干旱区，地表反照率受到气候、地表类型以及人类活动的影响，呈现出较大的空间和时间变化特征。
本文将探讨半干旱区不同下垫面地表反照率的变化规律和特征。
【主体部分】1. 半干旱区的地表反照率变化影响因素半干旱区的地表反照率变化受到多个因素的影响。
起首，气候因素是主要的影响因素之一。
气候因素包括太阳辐射、气温、降水等，这些气候因素的变化将直接影响地表反照率。
其次，地表类型也是影响地表反照率的重要因素。
不同的地表类型具有不同的光学性质，对太阳辐射的吸纳和反射也有所不同，从而引起地表反照率的变化。
另外，人类活动也会对地表反照率产生重要的影响，例如城市化过程中的建筑物、道路和水泥等人造结构会增加地表的反照率。
2. 不同地表类型的地表反照率变化特征不同地表类型的地表反照率变化特征有所不同。
例如，植被遮盖的地表反照率较低，因为植被能够吸纳太阳辐射，从而缩减了反射。
植被遮盖的地表反照率具有明显的季节性变化，夏季由于植被生长旺盛，反照率较低；而冬季植被凋落，反照率较高。
干旱地区的裸露土壤反照率较高，因为土壤没有植被遮盖，光线直接反射。
而沙漠地区由于沙尘的存在，反照率更高。
水域的反照率较低，因为水能够吸纳太阳辐射。
而城市地区由于大量的人造结构，反照率更高。
3. 气候因素对地表反照率的影响气候因素对地表反照率具有重要影响。
太阳辐射是最主要的气候因素，直接影响地表反照率。
太阳辐射的强度和角度对地表反照率有着明显的影响。
气温对地表反照率也有较大影响，高温下地表的反照率较低，而低温下地表的反照率较高。
降水对地表反照率的影响较为复杂，低降水条件下，地表干燥，反照率较高，而高降水条件下地表潮湿，反照率较低。
4. 人类活动对地表反照率的影响人类活动对地表反照率产生了重要影响。
地表能量平衡方程四要素
地表能量平衡方程四要素地表能量平衡方程四要素地表能量平衡方程是描述地球表面能量交换的基本方程，它由四个要素组成，分别是太阳辐射、地表反照率、热传输和潜热通量。
这四个要素在地球表面能量平衡中起着至关重要的作用，下面将从各个方面详细介绍。
一、太阳辐射太阳辐射是指来自太阳的电磁波辐射，包括可见光、紫外线和红外线等。
在地球上，太阳辐射是主要的能量来源之一，它通过空气层和云层进入大气中，并在地表上发生吸收、反射和透过等作用。
太阳辐射对于气候变化、水循环和生态系统等都有着重要影响。
二、地表反照率地表反照率是指地球表面对来自太阳的辐射所反射回去的比例。
不同类型的地表具有不同的反照率，例如雪面、冰川和沙漠等反照率较高，而森林和草原等则相对较低。
地表反照率对于地球能量平衡有着重要的影响，它决定了地表吸收和反射太阳辐射的比例，进而影响地表温度和气候。
三、热传输热传输是指地球表面的热量传输过程，包括对流、辐射和传导等。
在大气中，热量通过对流和辐射的方式进行传输，在地表则主要通过传导进行。
热传输对于地球能量平衡有着重要的作用，它决定了地表温度的分布和变化，进而影响了大气环流和气候变化。
四、潜热通量潜热通量是指水蒸气在凝结或融化时释放或吸收的潜在热能。
当水蒸气凝结成云或降落为雨、雪等形式时，会释放出潜在热能；当冰雪融化时，则会吸收潜在热能。
潜热通量对于水循环和气候变化有着重要的作用，它可以改变大气中水汽含量和分布，进而影响降水、云覆盖等。
总结综上所述，地表能量平衡方程的四个要素是太阳辐射、地表反照率、热传输和潜热通量。
这些要素相互作用，共同决定了地球表面能量的分布和变化，进而影响了气候、水循环和生态系统等方面。
对于理解地球系统的运行机制和预测未来气候变化等问题都具有重要意义。
祁连山区域地表反照率遥感估算
44科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N测 绘 工 程地表反照率是地表对太阳辐射的反射通量密度与总入射通量密度之比。
反照率的传统计算方法是用实测资料结合植被特征和土壤类型来估算的[1]。
但这种方法往往因观测资料代表性和地表参数的不确定性而影响其计算精度。
由于地表反照率受地球表面覆盖类型等地表特征和太阳高度角等因素的影响,具有较大的时空分异性。
遥感技术克服了上述缺点,同时具有信息量大、覆盖面广、实时性强等优点,因此近年来日益受到重视。
本研究应用Landsat-5遥感影像估算研究区地表反照率并验证其精度,为研究区的生态建设、资源利用与环境评价等方面提供了地表反照率的计算方法。
1 研究区概况及数据准备1.1研究区概况祁连县位于青海省东北部、海北藏族自治州的西北部,地处祁连山中段。
地理坐标为37°25'16''～39°05'18''N ,98°05'35''～101°02'06''E,研究区地理位置如图1所示。
研究区南北两侧和中部为高山,其他地区地势较为平坦,最高海拔5264m、最低海拔2646m,平均海拔3500m。
县境沿祁连山南麓呈北西—南东向的不规则长条形,东北—西南宽约50km,东南—西北长约300km,总面积14781km 2。
1.2数据源(1)遥感数据。
研究中所使用的遥感影像为Landsat-5 TM影像,来源于美国地质勘探局网站(USGS)(/)。
考虑到影像的覆盖范围及成像时间的一致性,仅选用了可以覆盖祁连县大部分区域的一景影像,其影像轨道号为P134R033,分辨率为28.5m,成像日期为2009年7月17日,成像时间为北京时间11:50am,影像云覆盖率为0.35%。
(2)D EM 数据。
地表反照率单位
地表反照率单位地表反照率是指地球表面对太阳辐射的反射能力，也就是地表反射的光照强度与入射的光照强度之比。
它是一个衡量地表能量平衡和气候系统的重要指标。
地表反照率的单位是无量纲的。
地表反照率是通过观测和模拟来确定的。
观测方法主要包括地面和卫星观测。
地面观测主要是利用遥感技术进行，通过测量地表反射的光谱信息来计算反照率。
卫星观测则是利用地球观测卫星上的传感器对地表进行观测，获取地表反射率的数据。
模拟方法则是利用地球系统模型对地表反射率进行模拟和预测。
地表反射率受到很多因素的影响，主要包括地表类型、季节、地理位置和天气条件等。
不同的地表类型具有不同的反照率，例如大陆地表和海洋地表的反照率存在较大差异。
季节变化会影响地表上的植被覆盖情况，进而影响地表反照率。
地理位置的不同会导致地表接受不同程度的太阳辐射，进而影响反照率。
天气条件也会对地表反照率产生影响，例如云层的存在会降低地表反照率。
地表反照率在气候系统中起着重要的作用。
地表反照率的改变会影响地表能量平衡，进而对气候变化产生影响。
高反照率的地表会反射更多的太阳辐射，使得地表吸收的能量减少，进而影响大气温度和降水等气候要素。
例如，高冰雪覆盖的地区具有较高的反照率，反射大部分太阳辐射，使得该地区气温较低。
相反，低反照率的地区会吸收更多的太阳辐射，使得该地区气温较高。
地表反照率还对气候变化产生反馈作用。
随着气候变暖，冰雪覆盖减少会导致地表反照率下降，进一步增加地球的吸收能力。
这可以导致更多的能量储存在地表和大气之间，进一步加剧气候变暖的趋势。
因此，地表反照率是气候系统中一个重要的正反馈机制。
地表反照率还对环境和人类活动产生影响。
地表反照率的变化会影响地球能量平衡，对生态系统和生物多样性产生影响。
例如，由于城市化和工业化的影响，城市地区的地表反照率普遍较低，导致城市热岛效应的出现。
高反照率的建筑材料和绿化覆盖可以减少城市热岛效应，并改善城市环境。
总之，地表反照率是一个重要的气候系统指标，它可以反映地球表面的能量平衡和气候变化。
地表反照率
Department of Meteorology, UniÕersity of Helsinki, P.O. Box 64, FIN-00014 Helsinki, Finland
Received 16 January 2001; accepted 25 April 2001
Abstract
This paper presents a comparison of several longwave ŽLW. downwelling radiative flux parameterizations with hourly averaged pointwise surface-radiation observations made at So-
遥感反演课程第四节反照率
大气层顶 方向反射率
地表 白空反照率
地表 二向反射率
晴空的大气层顶反射率与地表反照率之间有确定的函数关 系，气溶胶和水汽是主要变化因子
有云的情况下，大气层顶反照率主要受云影响，数值通常
Fd()
反照率表
地表能量平衡方程：
R n R n s R n l ( 1 ) F d s F d lT 4
反照率
下行短波辐射 下行长波辐射
地表发射率
地表温度
5
1.1 什么是反照率？
不同学科中的反照率
天文学：行星反射率,它包括地面、云和各种大 气成分对太阳辐射的反射能力及其总和
24
2.3 地表的二向反射特性
窄波段地表反照率和二向反射的关系
二向反射分布函数
fr(i,i;r,r;)d dE Lri(( ii,, ii;; r r,, r r;; ))
方向-半球反射率（DHR）
D H R (i,i;2 ) d d r ( i( i,i, i;2 i)) 2 0 0 /2 fr (i,i;r ,r ) s i n r c o sr d r d r
漫射半球-半球反射率（BHR_diff）
B H R _ d i f f ( 2 ;2 ) d d r ( 2 i( 2 ;2 )) 2 0 0 / 2(i,i;2 ) s i n ic o sid id i
半球-半球反射率（BHR）
22
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
Photograph by Don Deering
23
2.3 地表的二向反射特性
反映地表的二向反射的照片
地表反射率反演
MODIS 反照率反演算法1 基本概念1地表反射率(albedo)指地表向各个方向反射的全部光通量与总入射光通量的比。
2 辐射亮度指面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的物理量3 BRDF （二向反射率）理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗糙表面的反射是漫反射（朗伯反射），而自然地表往往既不满足镜面反射也不满足漫反射的条件。
二向反射的概念是指物体表面反射光线的能力与入射和反射光线的方向有关，二向性反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF ）定义如下：它是光线入射方向、反射方向和波长的函数，是基于微分面元和微分立体角定义的。
2 反照率反演算法流程2.1核驱动模型和反演核驱动的线性BDRF 模型，是用核的线性组合来拟合地表的二向反射特征。
简单地说，可以用下面的公式表示：),,,(∧φϑθR =),,()(kφϑθk k k f ∧∑其中 , R 为二向反射; K k 为各类核 , f K 为相应各个核所占的比例(权重),θ为太阳入射天顶角,ϑ为观测天顶角,φ为相对方位角;Λ为波段宽。
拟合观测数据()∧ρ，通过最小二乘法，反演拟合观测数据的最优的k f ，也就是说，已知l l φϑθ,,l 角度的反射观测()∧ρ，最小化得到，各个核的权重k f其中，d 为自由度，也就是观测样本数减去核系数k f 的个数；()∧l w 为第l个观(,;,;)(,;,;)(,;,;)r i i r r r i i r r i i i r r dL f dE θφθφλθφθφλθφθφλ=测的权重。
通过上式繁衍出核系数之后，可以通过核的外推求出任意太阳入射角、观测角以及相对方位角的二向反射。
2.2 依据BRDF 模型计算反照率如前所述 ,根据反照率的定义 ,方向——半球(黑半球)反照率和双半球(白半球)反照率等于 BRDF 核驱动模型中核的方向——半球空间积分和双半球空间积分的线性组合。
地表反照率单位
地表反照率单位及其影响一、引言地表反照率，也称为反射率，是指地表反射太阳辐射的能力与入射太阳辐射的比值。
它是地球能量平衡的重要组成部分，对于气候、生态系统和遥感等领域具有重要意义。
本文将围绕地表反照率单位展开探讨，分析其对地球能量平衡的影响及其在各个领域的应用。
二、地表反照率单位地表反照率通常用一个无量纲的数值来表示，这个数值介于0和1之间。
其中，0表示完全吸收太阳辐射，没有反射；1表示完全反射太阳辐射，没有吸收。
实际地表的反照率值介于这两者之间，取决于地表的类型、颜色、粗糙度以及太阳高度角等因素。
为了更好地理解地表反照率的概念，我们可以将其与其他相关术语进行辨析。
三、地表反照率与地球能量平衡地表反照率在地球能量平衡中起着重要作用。
太阳辐射是地球能量的主要来源，而地表反照率决定了多少太阳辐射被反射回大气层，从而影响地球的能量收支。
高反照率的地表，如冰川、沙漠等，反射较多的太阳辐射，导致地表温度较低；而低反照率的地表，如森林、水体等，吸收较多的太阳辐射，地表温度较高。
这种能量分布不均现象对全球气候格局和生态系统产生深远影响。
四、地表反照率在气候领域的应用在气候领域，地表反照率是研究气候变化和预测未来气候状况的关键参数。
通过观测和分析地表反照率的变化，科学家可以了解地球能量收支的变化，从而评估气候变化的风险和制定应对策略。
例如，冰川融化会导致地表反照率降低，进而加速全球变暖。
因此，监测冰川地区的地表反照率变化对于预测海平面上升和全球气候格局具有重要意义。
五、地表反照率在生态系统领域的应用在生态系统领域，地表反照率与植被覆盖、生物多样性等密切相关。
植被覆盖度的变化会影响地表反照率，进而影响生态系统的能量平衡和水分循环。
例如，森林砍伐会导致地表反照率增加，降低生态系统的水分保持能力，对生物多样性产生负面影响。
因此，通过监测地表反照率的变化，我们可以评估人类活动对生态系统的影响，为生态保护提供科学依据。
六、地表反照率在遥感领域的应用在遥感领域，卫星遥感技术是观测地表反照率的主要手段。
MODIS卫星数据地表反照率反演的简化模式
收稿日期:2003211227;修订日期:2004205209基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(编号:G 200077907)资助。
作者简介:刘振华(1972-),女,博士生,主要研究方向为地图学与地理信息系统。
MOD I S 卫星数据地表反照率反演的简化模式刘振华,赵英时,宋小宁(中国科学院研究生院中国科学院遥感所,北京 100039)摘要:以内蒙西部地区的M OD IS 遥感图像数据和地表野外同步观测的光谱数据为例,在野外数据量较少且有定标数据的条件下反演地表反照率。
使用6S 大气1辐射传输模型进行大气校正,并通过M OD TRAN 4.0模型获取各波段地表入射光通量和窄波段的地表反照率;在窄波段反照率与宽波段反照率之间存在线性关系的前提下,以各波段的入射光通量占总入射通量的比例作为反演参数,实现窄波段到宽波段的反演。
反演结果证明此方法简便可行。
关 键 词:反照率;M OD IS ;M OD TRAN ;入射光通量;反射光通量中图分类号:T P 75 文献标识码:A 文章编号:100420323(2004)06205082041 引 言地表反照率作为整个太阳光谱的半球反射积分值,随时空变化而变化,在一般情况下变化较为缓慢,但在气候环境突然改变(暴风雪、沙尘暴等)的情况下其值变化非常显著。
地表反照率是研究气候模型、天气预报、资源和灾害监测(干旱、火灾、大气污染及洪水等)和水资源管理的一个重要参数。
M OD IS 产品中提供了面向全球的地表反照率数据。
显然,对于不同气候条件下的区域而言,产品的精度不够,反演其值具有重要意义。
遥感是获取大区域、乃至全球地表反照率的唯一手段。
地表反照率反演的过程大体有以下三步:①遥感图象数据的大气校正;②由校正后的地表反射率反演窄波段的地表反照率;③由窄波段地表反照率到宽波段地表反照率的反演。
其中窄波段地表反照率的反演,一般采用核驱动模型来实现〔1〕,核驱动模型考虑到多角度信息,鉴于本文所用野外实测光谱数据没有考虑角度信息,并假设地表为朗伯体的前提下,就从能量角度出发来获取窄波段的反照率;宽波段反照率的反演通常是要由宽波段传感器(例如:ERB 〔2〕、ScaR a B 〔3〕)测量大量的地表宽波段反照率的值,再与大量的地表窄波段反照率数据进行线性回归获取回归系数,最终得到两者之间的关系模型〔4,5〕,此方法是建立在大量地面实测数据的基础之上,在实测数据很少的情况下,这种方法并不很合理。
地表反照率反演
几何光学模型
• 几何光学模型从植株等宏观个体入手，将 地面目标假定为一定形状的几何体，引入 四个分量的概念，根据该四个参数在不同 光照和观测条件下的几何光学关系建立二 向反射分布模型。 • 几何光学模型能够解释热点现象，且能够 较好地描述稀疏林地的二向性反征。
计算机模拟模型
计算机模拟模型基本可分为两类: • 一是蒙特卡洛方法与辐射传输思想相结合的模拟 模型； • 另一种所谓的“真实结构模型“，这类模拟基于 计算机图形学产生植被的真实结构，并利用光子 追踪法或辐射通量法来计算植被的反射。 • 其最大的优点是逼真，理论上可以模拟任何植被 结构。 • 计算机模拟的方法可以作为验证其它模型或探索 新的解析近似的工具，但在目前很难应用于实际 的反演。
物理模型
• 物理模型是根据物理学原理建立的模型， 由于模型的参数具有明确的物理含义，得 到了全面深入的研究，是目前二向反射率 反演研究的重点。 物理模型分为： • 辐射传输模型 • 几何光学模型 • 计算机模拟模型。
辐射传输模型
• 辐射传输模型描述基于混浊介质中电磁波 的散射机理，在大气散射等研究中很大成 功。 • 但是该类模型的一个基本假设是冠层可以 近似分解为无限大的水平均匀的薄层，每 一层中的植被单元可以当作小的吸收和散 射微片，本质上忽略了植被的结构特征。 • 较适合于对草地、农作物和密林的描述， 而对植株分布不均匀的疏林则效果较差。
• 绝大部分地物在不同的入射光角度和观测 角度下其反射率不同，且不同地物的二向 反射性质也有所差异。所以，反演地表反 照率，必解决地表覆盖类型及各覆盖类型 的二向反射模型问题。对于平原地区，影 响地物二向反射率性质最重要的因素是植 被，所以植被的二向性反射模型是反照率 反演的基础。
二向性反射模型
2023年高考地理一模全国通用试题分项汇编专题05大气的受热过程(原卷版)
备战2023年高考地理模拟题分类汇编专题05 大气的受热过程一、单项选择题（25小题，每题2分，共50分）（2023·湖南岳阳·统考一模）地表反照率是指地面反射辐射量与入射辐射量之比，表示地面对太阳辐射的吸收和反射能力。
下图为我国辽宁省某地地表反照率的日变化曲线，读图完成下面小题。
1．有关地表反照率的叙述合理的是（）A．一天中，同一下垫面反照率不变B．一般来说，清晨和傍晚反照率高C．一天中，太阳高度角越大，反照率越低D．反照率越高，地面吸收的热量越多2．关于该地12月份反照率与8月份反照率差异的原因，描述合理的是（）A．12月份地表有积雪，反照率低B．12月份昼短夜长，反照率高C．8月份地表植被覆盖率高，反照率低D．8月份降水多，土壤湿度较高，反照率高（2023·浙江·浙江省杭州第二中学校联考模拟预测）雾凇是低温时空气中过冷却的水汽在草木等地表物体上凝华形成的乳白色冰晶。
雾凇是罕见的自然奇观，沙漠戈壁中更难得一见。
雾凇的形成与温度、湿度、风速等条件密切相关。
下图为某次降雪后塔克拉玛干沙漠的雾凇景观。
完成下面小题。
3．与此次雾凇形成关系最密切的大气受热环节是（）A．大气反射作用强B．地面反射弱C．大气逆辐射弱D．地面辐射强4．沙漠垄上雾凇一般要比垄间雾凇量大，其原因最可能是（）A．垄上地势更高，降温更明显B．垄间处于背风处，多晴天气温高C．垄间地势低洼，地下水更丰富D．垄上处于迎风处，水汽更易与草木接触（2023·广东·统考一模）平流雾是暖湿空气平流到较冷的下垫面形成的雾。
湖南省郴州市东江湖的著名景观“雾漫小东江”与平流雾密切相关。
图示意2020年小东江库区气温和水温的逐月分布。
据此完成下面小题。
5．小东江库区易出现平流雾的时段为（）A．2-4月B．5-9月C．10-12月D．1-2月6．与“雾漫小东江”现象形成有关的自然条件是（）A．冷空气南下B．夏季水温高C．风速较强D．河谷地形（2023·浙江·模拟预测）下图为某农业生产设施图和安徽南部山区某谷地地形剖面图，读下图完成下面小题。
寿县地区小麦和水稻田地表反照率观测分析
寿县地区小麦和水稻田地表反照率观测分析
寿县地区小麦和水稻田地表反照率观测分析
利用寿县气候观象台2007年10月～2008年9月地表反射率观测资料,分析了农田地表反照率的季节变化,对比了小麦和水稻在不同生长期的平均反照率,讨论了天气状况和天气过程对反照率的影响.结果表明,在小麦和水稻的生长期内,地表反照率变化相似,均先增大后减小.在作物生长初期,水稻田平均反照率低于小麦田反照率约0.02;中期时,两者相近;成熟后,水稻反照率高于小麦反照率约0.04.降水过后,晴空地表反照率减小.
作者：余予李扬云童应祥田红陈洪滨 YU Yu LI Yangyun TONG Yingxiang TIAN Hong CHEN Hongbin 作者单位：余予,YU Yu(中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室,北京,100029;国家气象信息中心,北京,100081;中国科学院研究生院,北京,100049)
李扬云,童应祥,LI Yangyun,TONG Yingxiang(寿县国家气候观象台,六安,232200)
田红,TIAN Hong(安徽省气候中心,合肥,230061)
陈洪滨,CHEN Hongbin(中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室,北京,100029)
刊名：气候与环境研究ISTIC PKU英文刊名：CLIMATIC AND ENVIRONMENTAL RESEARCH 年，卷(期)：2009 14(6) 分类号：P422 关键词：地表反照率小麦水稻生长期 surface albedo wheat rice growth stage。
地表反照率的定义
地表反照率的定义
反照率被定义为在⼀个特定的波长内，地表向各个⽅向反射的全部光通量占总的⼊射光通量的⽐例。
反照率为反射率对所有观测⽅向的积分，表征地球表⾯对太阳辐射的反射能⼒，⼴泛应⽤于中长期天⽓预测、地表能量平衡和全球变化的研究。
由反照率的定义可以知道，BRDF在观测半球空间的积分就得到了直⼊扇出反照率（⽅向-半球反照率，⿊空反照率）。
天空晴朗⽆云时，可近似认为直⼊扇出反照率为地表的真实反照率。
直⼊扇出反照率为太阳天顶⾓的函数，在光线⼊射⽅向的半球空间积分就得到扇⼊扇出反照率（双半球反照率，⽩空反照率）。
阴天或天空光均匀时，地表的反照率可以⽤扇⼊扇出反照率很好地刻画。
直⼊扇出反照率与扇⼊扇出反照率都是理想情况下的定义，⾃然条件下地表的真实反照率为直⼊扇出反照率与扇⼊扇出反照率⼆者基于天空光散射⽐因⼦的加权组合。
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收稿日期:2004207225;修订日期:2004208228基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(“973”项目)(G 2000077908)资助。
作者简介:王介民(1937-),男,研究员,博士生导师,主要从事大气科学与遥感应用研究。
关于地表反照率遥感反演的几个问题王介民1,高 峰1,2(11中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州 730000;21中国科学院资源环境科学信息中心,甘肃兰州 730000))摘要:分析了地表反照率对陆面辐射能收支以及区域和全球气候的影响,强调了地表反照率是遥感反演陆面参数时的第一重要参数,地表反照率或多波段遥感中不同谱段的地表反射率的准确反演常常是准确估算其它陆面参数如植被和土地利用 土地覆盖等状况的先决条件。
在对当前关于反照率的概念及容易混淆的术语进行阐述和说明的基础上,简述了遥感反演地表反照率的步骤和主要难点的解决方法,进而对常用陆面过程模式计算地表反照率的过程作了分析,并将其结果与M OD IS 有关产品进行了比较,强调了遥感与陆面过程模式和气候模式的结合。
关 键 词:地表反照率;二向反射分布函数;地面能量收支;陆面过程模式;遥感中图分类号:T P 79 文献标识码:A 文章编号:100420323(2004)05202952061 引 言反照率似乎是一个教科书上早已讲述过的基本概念,然而在卫星遥感日新月异地发展和广泛应用的今天,却时时出现许多混淆和困惑。
地表反照率的遥感反演,经过多年的实验研究已经有了一些成熟的算法,但其精确估算依然存在诸多困难。
概念上,反照率(albedo )是对某表面而言的总的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
一般应用中,指的是一个宽带,如太阳光谱段(～013-410Λm )。
对多波段遥感的某个谱段而言,称为谱反照率(sp ectral albedo )。
这都是指向整个半球的反射。
对某波段向一定方向的反射,则称为反射率(reflectance )。
以下是关于地表反照率(反射率)的几个问题的讨论。
2 为什么把地表反照率称为遥感反演中的第一重要参数? 狭义上说,地表反照率或多波段遥感中不同谱段的地表反射率的准确反演,常常是准确估算其它陆面参数如植被和土地利用 土地覆盖等状况的先决条件。
以下关于地表反照率反演方法的介绍中对此还会有进一步说明。
其实,地表反照率的重要性远不止此。
从影响局地乃至全球气候的陆面过程分析,地表反照率是对陆面辐射能收支影响最大的一个参数。
地面吸收的净辐射能(R n )可以表示为: R n =R S ↓(1-Α)+(R L ↓-ΕΡT 4s )(1)其中:R S ↓为太阳总辐射,与当地的经纬度、时间以及天空云状况等有关。
Α为地表反射率,是太阳谱段的地表反射率的积分。
R L ↓为大气向下的长波辐射,是大气温湿廓线和云状况的函数。
ΡT 4s 为地面向上的长波辐射,其中Ε为地表比辐射率,Ρ为斯忒藩-波尔兹曼常数,T s 为地表温度。
(1)式右边第一项是短波净辐射(R nS ),第二项是长波净辐射(R nL )。
为了解各有关量的大小,图1给出一个有代表性的实例。
这是高原地区短草地上夏季一个晴天(下午略有云)的日变化观测。
由图1可见,由于大气和地表的温度差异相对较小,大气向下的长波辐射和地面向上的长波辐射(R L ↓=ΕΡT 4s )量值接近。
长波净辐射总的来说是一个小量(绝对值不大于短波净辐射的1 5)。
地面所吸收的净辐射主要由短波净辐射R S ↓・(1-Α)提供。
很明显,地表反照率的影响是第一重要的。
对这块草地,白天的绝大多数时段,Α≈0115,即净辐射大第19卷 第5期2004年10月遥 感 技 术 与 应 用REMO TE SEN SI N G TECHNOLO GY AND A PPL ICA T I O NV ol .19 N o .5O ct .2004图1 高原地区短草地上夏季一个晴天(下午略有云)各辐射分量和地表反照率的日变化约是由80%～85%的太阳总辐射提供的。
这其实是大部分植被下垫面(Α≈011～0118)的情况。
对裸地,特别是沙漠半沙漠地区,Α≈0125～0135,地面净辐射就可能减少1 3到一半。
对冬季或极地和高原地区广为分布的积雪(或积冰)下垫面,地表反照率随雪龄和粒度等变化很大。
新鲜雪面的反照率可高达019,融化雪面约为014,脏雪面的反照率可低至012。
较小的反照率估算误差,会带来大的地表能量估算错误。
这样,实际观测积雪地区的反照率,而不是采用简单的气候平均值,就显得十分必要。
地面吸收的净辐射,在地气能量交换过程中,进而分配为三个热通量:R n =G +H +L E (2)其中:G 是向下的土壤热通量,H 为向上的感热通量,E 为地面蒸发蒸腾速率,L 为蒸发潜热。
一般来说,特别是日平均,G 是一个不大于011・R n 的小量;而感热和潜热(L E )通量,则对区域以至全球气候有巨大影响。
地面释放的感热加热地面以上的空气柱,使行星边界层变暖。
土壤水分蒸发和植物蒸腾消耗潜热,由之产生的水汽会借助对流作用输送到较高的大气层中,进而凝结释放潜热,在本地区或其它地区上空形成云和降水。
地表反照率对区域乃至全球气候的影响,还可以通过干旱半干旱区反照率和气候的反馈来说明(图2)。
干旱区反照率的增加,会造成净辐射的减小,相应地,感热通量和潜热通量减少,进而造成大气辐合上升减弱,云和降水减少,土壤湿度减小的结果又使得反照率增加。
这是一个正反馈过程。
当然,本地区云量的减少会使得太阳辐射增加,净辐射加大,存在一个负反馈作用。
在正负反馈作用并最终形成一个稳定状态的过程中,地表反照率起着关键作用。
以上分析可见,地表反照率是制约地面辐射能收支的基本因子,从而在地面能量平衡分析、天气气候预测和全球变化研究中有广泛的应用。
由于卫星遥感有较好的全球覆盖度和时间重复特性,反照率的空间观测即利用卫星遥感资料进行反演,必然引起极大的关注。
3 对地表反照率这一基本概念的理解为什么会产生混淆和困惑? 人们对地表反照率的了解最初是通过观测得到的,即在地面以上某高度,用一个朝上的短波辐射表测量向下的太阳直接辐射加上大气对太阳光的半球散射(漫射辐射),用另一个朝下的短波辐射表测量地面向上的半球反射辐射。
后者与前者通量之比即为当地的地表反照率。
在由卫星观测反演地表反照率时,大多数星上辐射仪只能观测偏离天顶的某一个或几个固定方向上的反射率。
而反照率是反射率对所有观测方向的积分。
由于卫星天顶角有时很大,因而地物(和大气)对入射光和反射光的“方向性特征”这一问题就变得非常突出;地表一般不再能当作各项同性的朗伯体来处理。
对于这个困难,不同作者对不同问题或不同卫星采用不同的处理方法,文献上出现了许多有关反照率的术语,如英文的“P lanar albedo ”,“Sp herical albedo ”,“L ocal albedo ”,“Globalalbedo ”,“DHR (D irecti onal hem isp herical )albedo ”,“B i 2hem isp herical albedo ”,“B lack 2sky albedo ”,“W h ite 2sky albedo ”,等等。
对同一英文术语的汉译也有多种,如将EO S M OD IS 常用的‘B lack 2sky albedo ’译为‘黑半球反照率’,‘直入扇692 遥 感 技 术 与 应 用 第19卷出反照率’或‘黑空反照率’等。
这难免给初学者带来混淆和困扰。
同一过程出现不同术语,同一术语用了好多年却似乎缺乏确切的定义。
这种现象在科学史上几乎是司空见惯的。
物体反射的方向性特征,历来用汉译为‘双向反射分布函数’的BRD F描述。
这个30年前出现的听起来非常难懂的专业术语,其实说的是我们每天都能看到的事实,即同一物体表面受不同方向光照或从不同方向观察时是不同的。
李小文建议用更为拗口的‘二向反射’代替‘双向反射’的译名〔1〕,可能有助于对有关问题的理解。
BRD F(用R表示)指的是(Ηi,Υi)方向的入射辐射在(Ηv,Υv)方向反射的比分。
对一个小地面元,如果(Ηi,Υi)方向的入射光为L i(Ηi,Υi),则在(Ηv,Υv)方向的卫星辐射仪观测到的辐射值为(不计大气影响): L v(Ηv,Υv)=∫2Π0∫Π 20L i(Ηi,Υi)R(Ηv,Υv;Ηi,Υi)co sΗi sinΗi dΗi dΥi(3)对该地面元,总的入射辐射(E i)和总的反射辐射(E r)可分别表示为:E i=∫2Π0∫Π 20L i(Ηi,Υi)co sΗi sinΗi dΗi dΥi(4)E r=∫2Π0∫Π 20L v(Ηv,Υv)co sΗv sinΗv dΗv dΥv(5)按定义,地面反照率表示为:Α≡E rE i(6)它既不是入射方向也不是反射方向的函数。
但实际上,如图1所示,在太阳高度角较小时地面反照率并不是常数。
简单情况,如只考虑太阳直接辐射(不计天空漫射),则有:E i=L i8sun co sΗi(7)此处Ηi为太阳天顶角,8sun为地球看到的太阳立体角。
由式(4)～(7)简单推导可得:Α(Ηi,Υi)=E rE i=∫2Π0∫Π 20R(Ηv,Υv;Ηi,Υi)co sΗv sinΗv dΗv dΥv(8)由上式可以看出,反照率的确随(Ηi,Υi)而变化。
应当注意,式(8)所示的R(即BRD F)在所有反射方向上的积分,就是近年来许多文献上所谓的‘定向半球反照率’,或‘直入扇出反照率’,亦即M OD IS 的‘B lack2sky albedo’,表示天空除去太阳直射光外,没有散射辐射(是黑色的)。
上式再对入射天顶角Ηi从0到Π 2积分,即得到所谓的‘双半球反照率’,或‘扇入扇出反照率’,亦即M OD IS的‘W h ite2sky ’;后者表示完全是天空散射辐射贡献的情况。
地物表面的BRD F还与表面材料的波谱特征和空间结构有关。
多年来,以不同地物(裸地,植被等)为目标,通过大量实际观测的统计分析,以及辐射传输和几何光学的理论分析,研究地物结构参数与其表面的二向性反射分布特征,已建立了多种BRD F 物理模型。
这些模型,繁简各异,有不同适用领域,详细情况可参阅文献〔1,2〕。
在利用卫星观测资料反演地表反照率的过程中,BRD F显然是一个需要预先确定的函数。
近年来,新一代的对地多角度观测仪器搭载的卫星平台陆续升空,如EO S M ISR可同时进行4个波段9个角度的观测,为地面目标的三维空间结构参数的定量遥感,包括地表反照率的反演,提供了新的途径。
4 利用卫星遥感反演地表反照率的主要难点何在? 卫星遥感仪器并不直接测量地表反照率,而是来自一定方向的地球系统(包括地面和大气)的辐射。