核心提示：

       海冰表面温度（IST）极大地影响了海洋和大气之间的热量交换，是海冰热力学模型中的重要参数。本次报告主要介绍利用较高分辨率的Landsat 8 TIRS影像反演海冰表面温度的研究，并分享其个人在文章写作和投稿的经验和教训。

人物介绍：

       范沛，男，武汉大学中国南极测绘研究中心2019级博士生，师从庞小平教授，主要研究方向为海冰表面温度反演。近日，范沛博士生以第一作者在《Remote Sensing of Environment》发表北极海冰温度反演算法研究的成果，分析了冰间水道和海冰边缘带的温度特征。

报告详情：

       2020年10月28日晚上7点，武汉大学中国南极测绘研究中心“智汇极地”学术沙龙第27期于腾讯会议成功举办，硕士生闫忠南主持本场学术活动。本期嘉宾为武汉大学中国南极测绘研究中心2019级博士生范沛，向大家介绍如何利用较高分辨率的Landsat 8 TIRS影像反演海冰表面温度，并就其个人在写作投稿中的经验进行分享。

       博士生范沛的报告主要包含五个方面：①海冰表面温度反演的研究背景；②卫星影像地表温度反演原理；③Landsat IST精度评定；④总结与展望；⑤实验、写作和投稿注意事项

图1 报告PPT首页

（1）海冰表面温度反演背景

      海冰表面温度（IST）常用于冰间水道和冰面湖的监测等，而常见的IST产品分辨率较低，会忽略大量冰间水道，造成较大的热通量计算误差。为了获取更高分辨率的冰情，就需要更高分辨率的海冰表面温度。

图2 研究背景

（2）卫星影像地表温度反演原理

      IST反演可基于热红外（TIR）影像或被动微波（PMW）影像。一般来说，遥感影像可见光波段分辨率高于热红外波段，而热红外波段分辨率（50 m - 5 km）高于被动微波波段（> 5 km）。尽管被动微波反演海冰表面温度的空间分辨率主要为15 km左右，但其可穿透云层和部分积雪，保证阴雨天气也有数据，与此同时，通过被动微波所获取的海冰表面温度并非严格意义上的辐射皮温（T-skin），而是穿透层的加权温度。由于中分辨率影像MODIS影像质量不佳，这里利用Landsat 8影像对海冰表面温度进行反演。

图3 热红外和被动微波对比

图4 Landsat 8 详情介绍

对Landsat 8影像进行地表温度的反演涉及到两个方程，分别是普朗克定律（黑体辐射定律）和辐射传输方程，具体公式见下图5。对这两个方程进行化简，可得到不同的表面温度反演算法。一般情况下，可根据使用热红外数据的波段数分为单窗算法（SC）和劈裂窗算法（SW），如图6所示。

图5 地表温度反演原理

图6 地表温度反演两种算法

因各温度反演方法获取的反演结果不同，故需使用多种算法进行数据验证，在范沛博士生中研究中，其使用了5中算法进行数据验证，如图7所示。

图7 5种温度反演算法

（3）Landsat IST精度评定

该研究中，选用IMB、SIMBA和AWS三种数据进行验证，数据选择如图8，9所示，验证结果如图10所示。

图8 精度验证数据

图9 各验证数据对应的区域

图10 精度评定结果

图11中，第一行为五种算法反演的海冰表面温度结果，SW-Jin算法反演的温度在255–270 K之间，相较其他四种方法，精度较低。第二行展示了各算法下MODIS IST和Landsat IST的差异分析，结果表明，MODIS反演的海冰表面温度在近红外反射率高（偏冷色调）的区域处较Landsat的反演结果无较大的劣势，但在近红外反射率低（偏暖色调）的区域，MODIS会出现混合像元效应，导致反演的海面温度较Landsat反演的结果偏低。故总的来看，Landsat IST的优势主要体现在获取细小冰间水道和海冰边缘带的细碎海冰区域温度变化的能力。

图11 五种Landsat IST反演结果

单窗算法SC-JM在温度较高时误差较大，与常理不符。经分析认为，在中低纬度表现较好的算法，可能不适用于极地区域，结果如图12所示。

图12 水汽对反演精度的影响

此外，不同地区和时间获取的影像受杂散光的干扰程度不同，极地地区杂散光更加严重。Landsat TIRS传感器三个焦平面的中间部分最有可能出错，在连接处误差最大，结果如图13所示。

图13杂散光对精度的影响

海冰边缘部分区域海冰的温度高于临近的海水温度，这是由于冰和水的导热系数不同。海冰表面接收太阳辐射后，由于导热性差，热量聚集从而使冰面的积雪发生融化，积雪的融水是淡水，淡水的熔点是273.15 K，故此时的冰面温度为273.15 K，而海水是卤水，其冰点在271 K左右，故而出现海水温度低于海冰边缘的温度的异常现象（如图14所示）。

图14 海冰边缘带温度异常分析

（4）总结和展望

    范沛博士生对自己的研究进行了总结，如图15所示。

图15 总结和展望

（5）实验、写作和投稿注意事项

    报告最后，范沛博士生对自己实验分析、论文写作及投稿中一些注意事项等进行了说明，具体见图16、17、18所示。

图16 实验、写作和投稿注意事项（一）

图17 实验、写作和投稿注意事项（二）

图18 实验、写作和投稿注意事项（三）

       报告结束后，与会的各位老师与范沛博士生进行了热烈的讨论，大家受益匪浅。参与报告的各位老师和同学对本次讲座表示衷心的感谢！

（编辑：陈晓丽  审核：郝卫峰）