【摘要】：地表溫度是地球科學(xué)研究中的一個(gè)重要參數(shù),對(duì)地球上植被生長、氣候變化和人類生產(chǎn)生活有著重要影響。同時(shí)地表溫度觀測(cè)也是地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的重要要素之一,當(dāng)前,地表溫度的地面觀測(cè)方法主要有三種:玻璃液體溫度計(jì)、鉑電阻地溫傳感器及紅外輻射測(cè)溫法。我國氣象臺(tái)站目前主要采用鉑電阻觀測(cè)地表溫度。但是利用鉑電阻進(jìn)行地溫測(cè)量容易受到多重環(huán)境因素的影響,測(cè)量誤差較大。紅外輻射測(cè)溫是地表溫度測(cè)量領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新的并且有效的測(cè)量手段,它是基于面溫度的測(cè)量,測(cè)量值更具有代表性,且不受下墊面材料的限制,有很好的應(yīng)用前景。它的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,響應(yīng)快,并且不會(huì)對(duì)地表熱平衡狀態(tài)造成破壞。但使用紅外測(cè)量地表溫度,需要考慮發(fā)射率、大氣輻射等的影響,測(cè)量過程中容易出現(xiàn)誤差。本文主要對(duì)紅外測(cè)溫方法展開了研究,綜合分析了紅外測(cè)溫系統(tǒng)中各個(gè)因素對(duì)測(cè)溫精度的影響。以鉑電阻傳感器測(cè)得的地表溫度為真值,研究地基紅外遙感地表溫度的反演計(jì)算方法,建立紅外遙感地表溫度的數(shù)值計(jì)算反演模型,使得反演得到的紅外地表溫度更接近于鉑電阻所測(cè)溫度,提高紅外測(cè)量精度。本文設(shè)計(jì)并搭建了裸露土地、草面、水泥地面三個(gè)不同下墊面地表溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)采集與分析的軟硬件平臺(tái),對(duì)紅外輻射及鉑電阻測(cè)地表溫度的原理與方法進(jìn)行了分析。并選取2017年6月紅外與鉑電阻地溫觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比分析,得白天各下墊面不同方式測(cè)得的溫差比夜間大,白天鉑電阻半露于地表,受太陽的直接輻射,使測(cè)量溫度偏高;夜間沒有太陽直接照射,鉑電阻所測(cè)溫度與地表輻射溫度值接近;水泥面的日平均溫度最高,接著是裸露土地,草面溫度為最低。為提高紅外測(cè)地表溫度精度,本文以斯特潘-玻爾茲曼定律作為理論支撐,提出了一種由全輻射測(cè)溫法反演地表溫度的算法,并為進(jìn)一步提高反演精度,利用回歸模型對(duì)已有的反演算法進(jìn)行了進(jìn)一步的修正,結(jié)果表明,三種下墊面下,經(jīng)回歸模型修正后的紅外地表溫度都更加接近于鉑電阻所測(cè)地表溫度,達(dá)到了提高測(cè)量精度的效果。最后,為了確定太陽輻射對(duì)地表溫度反演精度的重要影響,本文選用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演算法,分有無加入同時(shí)刻太陽輻射數(shù)據(jù)兩種情況進(jìn)行討論,確定了太陽輻射對(duì)紅外反演地表溫度精度的影響。本文提出的兩種紅外地表溫度反演計(jì)算方法達(dá)到了課題的預(yù)期目的,能夠?qū)崿F(xiàn)不同下墊面地表溫度的連續(xù)可靠的觀測(cè),為建立適應(yīng)氣象業(yè)務(wù)需求的紅外遙感地表溫度觀測(cè)方法和業(yè)務(wù)應(yīng)用推廣提供了基礎(chǔ)和依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P407.6
【圖文】：

溫度感應(yīng)液體同玻璃容積的變化不同，玻璃液體溫度計(jì)正是利用此二者的差值來測(cè)溫度的。當(dāng)溫度計(jì)與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡時(shí)，感溫液柱中心就是被測(cè)介質(zhì)的溫度。此種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，使用便利，溫度測(cè)量量00～+600 ℃），讀數(shù)直觀，反應(yīng)靈敏，操作簡單，價(jià)格便宜，因而被多領(lǐng)域。用其測(cè)地溫時(shí)，需要把它的一半插進(jìn)地表，剩余的部分直接放中。但其測(cè)溫反應(yīng)時(shí)間較長，易受到空氣等其他因素的影響，避免不了、時(shí)間滯后等誤差，測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。 鉑電阻溫度傳感器當(dāng)溫度變化時(shí)，鉑的自身電阻值也跟著變化。鉑電阻地溫傳感器正是利一特性來進(jìn)行溫度的測(cè)量。它由精密級(jí)鉑熱電阻和防護(hù)套構(gòu)成，并通過線從敏感元件引出以測(cè)量溫度，可采用四線制鉑電阻法進(jìn)行測(cè)量，從而電阻帶來的誤差。使用鉑電阻測(cè)地表溫度時(shí)，將其水平放于地表面，感半插進(jìn)地表，剩余的部分直接放置在空氣中，埋進(jìn)去的那一半須緊密地，不能出現(xiàn)間隙，其埋設(shè)示意圖如圖 2-1 所示。

成都信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文物體的溫度大于絕對(duì) 0℃時(shí)，其內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)會(huì)使之不停地向周圍傳包括了位于 0.75～100μm 的紅外線，物體的表面溫度同紅外輻射其按波長的分布之間關(guān)聯(lián)十分緊密[17-18]。紅外傳感器感應(yīng)物體發(fā)出遙測(cè)其表面溫度。傳感器通過輻射熱效應(yīng)，令探測(cè)部件接到輻射能高，并檢測(cè)其中某一功能的變化，便可測(cè)出物體的輻射能。物體的所發(fā)出的紅外輻射能的強(qiáng)度，用紅外傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量，得到，該過程所依據(jù)的原理即是測(cè)量物體輻射出的紅外能量。圖 2-2 所系統(tǒng)的工作原理。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715214