关于遥感的一篇课题论文

课程论文1热红外遥感在地热调查中的应用XXX（北京大学XXXX，北京100871）摘要：本文简要介绍了热红外遥感技术在地热资源调查中的应用进展及探测地热的原理与物理前提。通过辽南地热调查中的几个地热实例说明了该项技术在地热调查中的效果和应用前景，客观地分析了该项技术的应用潜力与局限性，强调了成像条件好坏是地热调查成败的关键。关键词：热红外遥感；地热调查；地表温度中图分类号:文献标志码:TheApplicationofThermalInfraredRemoteSensingTechniquesinGeothermalSurveyingXXXXX(PekingUniversity,XXXXXX,Beijing100871)Abstract:TheauthorbrieflydescribestheadvancesintheuseofairbornethermalinfraredremoteSensingtechniquesingeothermalsurveyingandtheoptimalapplicationconditions.Examplespresentedinthepaperdemonstratetheusefulnessofsuchtechniquesingeothermalsurveyingandtheirpromiseforthefuture.Thepotentialandlimitationsofthetechniquesarediscussedindetail.Theauthoremphasizestheimportanceofscanningconditionsinobtaininggoodresults.Keywords:Thermalinfraredremotesensing;Geothermalresourcesurvey;Landsurfacetemperature0引言地球是一个热的球体，由地表向深处逐渐增温，研究表明，不同地质构造单元具有不同的热流值，随着构造单元的年龄由老至新，构造活动由弱至强，热流值有依次增高的趋势。一般说来，古老而稳定的地盾或地台区具有较低而均一的热流值，而年轻的造山区和裂谷带则具有较高而分散的热流值，深大断裂作为深部热源的上升通道，断裂活动时会产生一定的摩擦热，张开的断裂带沿线势必在地表形成一定热异常川。因此，大地热流值和岩石的生热率与地质构造特点的相关性，奠定了据地温异常判释地质构造的基础[1]。地表温度是控制陆面水分和能量平衡的一个重要参数，然而地表温度具有时空的动态分布特征，很难依靠地面观测站大面积获取地表温度参数，宏观地把握其时空分布规律[2]。热红外遥感技术能大面积重复获取同一地区的信息，能够及时有效地掌握地表温度的分布特征，收稿日期：基金项目：作者简介：XXX(19XX-)，男，汉族，XXX，博士研究生，主要从事XXXXX的研究。Email：XXXXX课程论文2提取地表的热异常信息，因此热红外遥感已成为获取地表热状况信息一种非常重要的手段。1地热简介1.1基本定义地热是来自地球内部的一种可再生能量资源。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃～1300℃，天然温泉的温度大多在60℃以上，有的甚至高达100℃～140℃。与地热异常区地热泉形成和储存密切相关的地质条件主要有构造条件、岩性条件和热源条件。如图1所示，地热田的形成一般包括[3]：一个稳定热源提供热量，一个盖层用于保温，一个储集层用于存储来自地表的地下水或降水，且需要具有良好的断层构造能够使地下水或者降水渗透到地下进行储存加热后喷出地面。图1地热构造示意图1.2地热分类地热资源根据其在地下储热中存在的不同形式，可以分为五种类型[4]：(1)蒸汽型地热资源地下储热以温度较高的过热蒸汽为主，杂有少量其他气体，水很少或没有。(2)热水型地热资源地下热储以热水或湿蒸汽为主，根据其温度分为高温(150℃以上)、中温(90-150℃)和低温(90℃以下)。(3)地压型地热资源以地压水的形式储于地表下2-3km以下的深部沉积盆地中，被岩石盖层封闭有着很高压力，温度在150—260℃。地压水中还溶有大量的甲烷等碳氢化合物，构成有价值的产物。(4)干热岩型地热资源比上述各种资源规模更为巨大的地热资源，广义上是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石。从现阶段来说，是专指埋深较浅、温度较高(150-650℃)、有较大开发利用价值的热岩石。课程论文3(5)岩浆型地热资源蕴藏于熔融状和半熔融状岩石中的巨大能量，温度在600-1500℃左右，埋藏部位最深，目前还难以开发。1.3地热应用地下热能的研究、开发和利用，对于工农业生产、人民生活及医疗卫生各方面都有很大的价值。但是分散的地下热能并不能作为能源加以利用，只有某些地热异常地区，富集有大量的天然水蒸气或热水，才能开采出来成为能源加以利用。我们把这些地域叫做地热田[5]。用地热发电，既不耗费燃料，又无需锅炉设备，实在是一种廉价的新能源。我国劳动人民在把地下热水用于种植、养殖和综合利用等方面，也积累了丰富的经验。例如用温泉水灌溉、土壤保温、温室栽培、水稻育苗、繁殖喜热的水生动植物等。地下热水用于饮用、洗浴、洗涤及取暖，不仅能节约大量煤炭和人力，而且可以改善环境卫生及劳动条件。辽宁某疗养院用70℃地下热水取暖，每年节约煤约500吨，福建一些城市利用90℃的地下热水修建公共浴池，每年可节煤达万吨。利用热矿泉水治疗疾病，在我国已有悠久历史。各地温泉疗养院的大量病例表明，地下热水对于治疗疾病，增进人体健康方面都有积极作用。有些多年经各种药物治疗无效的皮肤病、关节炎等。用地下热水洗浴1～2个月后，即可好转或痊愈。2热红外遥感简介所有的物质，只要其温度超过绝对零度（0K或-273℃）就会不断发射红外能量。常温的地表物体发射的红外能量主要在大于3um的中远红外区，是热辐射。它不仅与物质的表面状态有关，而且是物质内部组成和温度的函数。在大气传输过程中，它能通过3～5um和8～14um两个窗口[6]。热红外遥感就是利用星载或机载传感器收集、记录地物在这两个大气窗口范围内的热红外信息，并利用热红外信息来识别地物和反演地表参数及温度、湿度和热惯量等,从而推断地物的特征及环境相互作用的过程，为科学和生产所应用。图2热红外遥感的基本过程如图2所示，利用热红外波段进行成像，卫星所接收到的辐射信号主要包括：（1）地物自身辐射:εB(Ts)，（2）地物反射的大气下行辐射:(1-ε)*Ra↓，（3）大气上行辐射:Ra↑。根据斯特潘玻尔兹曼定律和维恩位移定律可知，利用中红外波段进行成像，卫星所接收到的辐射信课程论文4号除了上述部分外，还包括：（4）地表反射的太阳直接辐射:ρbi·Esun·cosθ，（5）地表反射的太阳散射辐射:(1-ε)*Rsl↓，（6）大气反射的太阳散射辐射Rsl↑。根据上述过程可知，获得地表真实温度需要消除大气和地表等影响因子的影响。在热红外波段，卫星传感器在热红外波段所接收到的地表离地辐亮度和大气层顶观测到的表观辐亮度可分别用式（1）和式（2）表示：asRTBL)],(1[)(),(),(（1）aRLR),(),(),(（2）在中红外波段所接收到的地表离地辐亮度和大气层顶观测到的表观辐亮度可分别用式（3）和式（4）表示),()cos(),,,()])][(,(1[)(),(),(sssssbslasERRTBL（3）slaRRLR),(),(),(（4）式中𝜀为地表比辐射率，𝜏为大气透过率，𝜃，𝜑为入射角度和反射角度，𝜌地表反射率，)(sTB为地表温度为Ts时的辐射出射度，),(L为地表离地辐亮度，),(R为大气层顶观测到的表观辐亮度。若假设地表和大气对热辐射具有朗伯体性质，大气下行辐射强度在半球空间内为常数，则热辐射传输方程可简化为式（5）：[()(1)]sensorSLBTLL（5）式中,为有效中心波长;sensorL为星上辐亮度,即大气顶层（TOA）辐亮度，单位121srmmW;为地表发射率;)(sTB为地表温度为sT时的黑体辐亮度;L、L分别为大气上行辐射与下行辐射，单位121srmmW;为传感器观测路径上的大气透过率。若考虑到热辐射的方向性，根据热辐射传输方程，卫星遥感器接收到的热红外辐射能量（辐射亮度）可表示为式（6）：'2'cos)()()(dLLTBLssensor（6）式中，)(L为观测天顶角为时波长的大气下行辐射，)('为地表二向反射分布函数，2积分符号代表半球积分，'d代表微分立体角。目前，适用于热红外遥感陆面温度反演的算法主要包括：单通道算法、多通道算法、多角度算法。反演精度大致保持在1K～1.5K内，基本能达到科学实验的要求。3热红外遥感地热应用实例课程论文53.1应用原理地球表面温度的产生主要来自于太阳能的辐射加温作用，其次是来源于地球深部热源。前者以电磁波辐射形式进行热传递，它对地球表面的增热起主导作用，而且存在于地球表面的所有地方。后者则以传导和对流方式进行热传递，它主要受地质构造控制和地层岩石的物理性质影响，属于局部增温现象，只有这种热传递在地面形成的热异常才对寻找地热资源有实际意义[9]。上述这种比背景温度高的地热异常很容易被热红外探测器检测出来。航空热红外遥感技术可以精确地提供温泉点的位置和热异常的分布特征,为查清导热、控热构造提供有利线索,以指导地热勘探工作。此外,在某些受岩层和第四系松散层掩盖的所谓“盲热”区,亦可通过航空热红外遥感方法,填绘浅部热含水层来帮助发现深部地热资源[10]。基于热红外遥感进行地热资源探测的基本流程如图3所示。图3地热资源的热红外遥感探测模型（以TM热红外图像为例）3.2基于航空热红外遥感测量温泉热通量及其流量图4Pilgrim温泉测区航空影像：（A）尼康D700拍摄的可见光影像，利用热红外影像识别出温泉位置和温度（红点）并分为两课程论文6大区域（虚线）；（B）FLIRA325相机拍摄的2010年9月10日的热红外影像；（C）2011年4月28日的热红外影像。热红外影像中可以识别出温泉、热渗泉、热池、和热河。同时可识别出冰雪融化显露出的加热地表（C）。图（B）中黑点为温泉流量测站点。本文选取阿拉斯加州的Pilgrim温泉作为研究区域（图4），Pilgrim温泉是一个中低温地热系统，经过调查，该温泉可为苏华德半岛包括诺姆市在内的城市提供充足的电力资源。研究者利用航空热红外遥感获得温泉区域的热红外影像反演陆表温度，基于一个简单稳定热热平衡模型（式7）对其热通量和流量进行了测量和评估[7]。）qqq（-）qqq（qsensAmbevapAmbradAmbsensevapradgeo（7）式中，radq，evapq和sensq分别为热水区域每个像元的辐射通量密度、潜热（蒸发）通量密度和显热通量密度。radAmbq，evapAmbq和sensAmbq分别为平均环境温度下周围非热水的辐射通量密度、潜热（蒸发）通量密度和显热通量密度。)]([]W)([qq2203/1sensevapassavsvTTCeebTT（8）式中=2.7，单位为3/112][CmbarWm，0b=3.2，单位为112]/[smmbarWm，2W为高度2m处的风速，单位为sm/，se为温度为sT是的水汽压，2e为高度为2m处的水汽压，单位均为mbar，C=0.61，单位为1][Cmbar，sT为水面温度，aT为空气温度，vsT为虚拟水面温度，avT为虚拟空气温度，单位均为C。利用公式（8）代入sT、vsT和相应