以下文章来源于遥感学报 ，作者李召良，段四波等
地表温度是表征地表过程变化的重要特征物理量，是研究地表与大气之间物质和能量交换、气候变化等方面不可或缺的参数。因此，地表温度被国际地圈生物圈计划 (IGBP) 列为优先测定的参数之一，并被全球气候观测系统(GCOS)认定为54个基本气候变量(ECV)之一。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、《遥感学报》副主编李召良研究员（第一作者）、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所段四波研究员和中国科学院成都山地灾害与环境研究所赵伟研究员（共同通讯作者）与其他17名作者应邀在《Reviews of Geophysics》(IF= 24.946)共同发表了题为“Satellite Remote Sensing of Global Land Surface Temperature: Definition, Methods, Products, and Applications”的长篇综述论文。
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研究背景
地表温度作为驱动地表与大气之间物质和能量交换的关键物理量，在气候变化、环境监测、蒸散发估算以及地热异常勘探等众多领域中都发挥着重要作用。因此，地表温度被国际地圈生物圈计划 (IGBP) 列为优先测定的参数之一，并被全球气候观测系统(GCOS)列为54个基本气候变量(ECV)之一。
论文是在2013年李召良等发表于《Remote Sensing of Environment》地表温度遥感反演方法综述的基础上，结合近年来地表温度遥感产品不断涌现的发展背景，从地表温度定义、反演方法、验证方法、主流产品以及产品应用等方面进行了全面系统地综述。重点针对地表温度遥感产品研发关键算法、主流产品参数特征、产品精度差异性、面临的主要问题和典型应用开展了详尽的介绍与讨论，并就未来地表温度标准化产品研制与应用提供了研究展望。其中，论文通过现有主流产品的对比分析，详细指出了各产品之间的差异特征，并对现有产品存在的关键问题，包括空间不连续、时空不可比以及时间跨度短等，作了详细的阐述。论文不仅有助于热红外遥感专业人员了解地表温度遥感反演与验证方法的最新进展及地表温度遥感产品面临的问题和可能的解决方法，而且便于产品用户了解主流地表温度产品的等级、数据源、不确定性及典型应用。
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现有地表温度遥感产品存在的主要问题
(1) 空间不连续：由于热红外遥感无法穿透云层获取地面辐射信息，云覆盖像元的地表温度产品缺失数据，导致地表温度产品空间不连续。
(2) 时空不可比：地表温度产品中每个像元具有不同的局地观测时间和观测角度。由于地表温度随观测时间和角度变化，使得同一天不同像元或者同一像元不同天的地表温度缺乏时空可比性。
(3) 时间跨度短：目前覆盖全球且具有每天至少2次观测的瞬时地表温度产品只能追溯到2000年，不能完全满足长时序数据分析的要求。
(4) 瞬时观测：现有地表温度产品只提供卫星过境时刻的瞬时测量值。然而，气象和气候相关的应用中需要日均、月均、年均的地表温度产品。如何将遥感观测的瞬时地表温度扩展成日、月、年尺度产品是迫切需要解决的问题。
03
地表温度遥感产品的典型应用
当前，地表温度遥感反演技术的日趋成熟与地表温度数据产品的不断丰富，催生了地表温度应用的蓬勃发展。论文全面总结了地表温度数据产品在地表水循环关键参量（蒸散发与土壤水分）定量反演以及在当前主要相关领域(农业干旱、热环境、热异常、以及全球变化）中的应用情况，为未来地表温度数据在地球系统科学深入应用提供了指导。
地表温度在蒸散发与土壤水分定量反演中扮演角重要的角色，这很大程度上是由于地表温度及其变化信息能够直接反映蒸散发或土壤水分状态。根据不同地表温度数据产品特征，当前基于地表温度的蒸散发反演方法可以划分为基于绝对温度的方法，基于温度空间变化信息的方法，以及基于温度角度信息的方法；当前基于地表温度的土壤水分反演方法可以划分为基于热惯量的方法，基于特征空间的方法，以及基于温度日变化信息的方法。
在农业干旱与热异常监测中，长时序地表温度数据通常被用来获取历史均值，并被作为评估干旱或异常的参考；在热环境监测中，地表温度是最直接反映在热环境在空间上差异的参数，因此被广泛应用于不同尺度热岛效应监测。在全球变化研究中，由长时序地表温度数据挖掘的表征其强度和范围等特征的参数，是近年来地表温度数据产品应用的新领域，随着全球地表温度数据产品在时空分辨率、精度、时间跨度、以及覆盖完整性等方面的不断完善，地表温度在全球变化研究方面将发挥越来越重要的作用。
04
展 望
(1) 发展应用导向的地表温度产品
众所周知，现有地表温度遥感产品多以卫星过境时刻的瞬时地表温度为主。然而，在实际应用中，日尺度、月尺度、年尺度地表温度等统计变量对指示地表热环境变化及其气候变化和人类活动作用影响更为有利。虽然在已有研究中已采用部分方法开展此类参量的构建，但其总体参量精度不够且物理机理性相对较弱，如何建立精确且物理意义明确的地表温度数据产品显得尤为重要。此外，由于热红外卫星观测数据时间跨度有限，如何将现有观测与历史其他数据建立联系，提高地表温度产品的时间覆盖范围，也是未来面向应用的地表温度产品发展的重要内容。
(2) 建立地表温度产品验证的范式
针对不同时空分辨率的地表温度产品开展可靠的、综合性验证以评估其精度是至关重要的。然而，现有的验证工作主要是在均匀地表进行，且多由单一团队开展，难以获得面向不同时间和空间分辨率地表温度产品的具有全局性和说服力的精度评估结果。对未来地表温度遥感产品验证给出三点建议：1）发展面向异质非同温地表的新型验证方法。利用多层级验证策略思想，并结合地面多点测量以及无人机或低轨卫星的高空间分辨率地表温度数据，将有望提供一种验证异质非同温遥感像元地表温度产品的有效途径。2）在参考数据可用以及顾及全球范围内土地覆盖类型和植被物候代表性的基础上，结合现有多种验证方法的各自优势，建立面向地表温度遥感产品的综合验证方案。3）在全球范围内建立一个由不同研究团队和机构组成的地表温度产品验证联盟，制定统一的数据测量和处理规范，以统一的标准维护和建立地面站点，并共同收集和发布地面测量数据。
(3) 全球长时序地表温度时空变化规律及归因分析
当前，关于全球变暖的研究主要是借助站点测量的空气温度。相比之下，卫星反演的地表温度可能会更好地反映地表的热属性，同时能够提供均一和完整的空间覆盖。当现有产品的主要问题解决之后，就有希望探索全球长时序地表温度的时空变化规律。变化信息包括年间变化、年内变化以及灾害等引起的突变信号，这些不同类型的变化在植被指数等变量的时序分析中得到了充分研究，但对于温度监测还鲜有报道。因此，有必要改进和更新这些方法，将其用于不同时空尺度下温度变化规律的分析。此外，还需要明晰温度变化背后的驱动机制，进而为制定气候缓解政策提供服务。综合具有明确物理意义但只能分析生物物理反馈的地表能量平衡方程和可以考虑所有驱动因素但缺乏明确物理意义的地球系统模型或高级统计模型可能是地表温度变化规律归因分析的有效手段。
论文标题
Satellite Remote Sensing of Global Land Surface Temperature: Definition, Methods, Products, and Applications
发表期刊
Reviews of Geophysics
论文全文链接
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022RG000777
作者简介
第一作者：李召良，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员、《遥感学报》副主编，研究方向为定量遥感。
E-mail: lizhaoliang@caas.cn
通讯作者：段四波，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员，研究方向为热红外定量遥感。
Email: duansibo@caas.cn
共同通讯作者：赵伟，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所研究员，研究方向为山地地表水热过程遥感。
Email：zhaow@imde.ac.cn
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