Landsat-8：地球全球变化研究的科学和产品前景外文翻译资料

 2022-12-12 17:20:06

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Landsat-8：地球全球变化研究的科学和产品前景

1.引言

40多年来，Landsat系列卫星提供了时间最长的空间表面观测记录。Landsat 1于1972年发射，其后连续发射了时间上重叠的Landsat观测台（Landsat 2，3，4，5和7）（Lauer，Morain和Salomonson，1997; Loveland＆Dwyer，2012; Williams,，Goward，＆Arvidson，2006），提供了几乎覆盖全球的反射和热波段观测，Landsat系列卫星的空间和光谱分辨率也逐渐在提高。值得注意的是，Landsat的记录是连续的，自1972年以来，每年至少获得一次大部分的地面信息，记录了全球人口增加一倍以上（United Nations Population Division，2011年）的时期，气候变化的证据已经变得可辨（Hansen，Sato，＆Ruedy，2012; IPCC，2013）。Landsat数据提供了一个独特的地表及其随时间变化的记录。 Landsat适度的空间分辨率得到充分解决（Gutman et al.，2008; Townshend amp; Ruedy，1988年），以便能够在全球范围内记录人为和自然变化并对数据时间序列进行校准，以提供特征一致的记录（Markham＆Helder，2012），以便能够区分数据伪影和实际的地表时空变化（Roy et al.，2002）。Landsat数据已经显示了对地面覆盖和地表生物物理、地球物理性质（Hansen＆Loveland，2012;Wulder，Masek，Cohen，Loveland，＆Woodcock，2012）的绘图和监测的能力、陆地同化和生物地球化学循环以及土地利用预测应用（Lewis et al。，2012; Nemani et al。，2009;Sleeter等，2012）方面的潜在效用。与Landsat数据有关的应用涉及科学发现和管理和监督经济和环境质量，公共卫生和人类福祉以及国家安全的资源。对Landsat经济效益的分析从每年9.35亿美元（ASPRS，2006年）到每年21.9亿美元（Miller，Richardson，Koontz，Loomis，＆Koontz，2013），支持水资源分析和管理，农业和森林分析管理，国土安全，基础设施分析，灾害管理，气候变化科学，湿地保护和土地覆被变化监测。

自2013年2月11日在加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射的Landsat 8，Landsat系列卫星连续进行了40多年的纪录。这个新的Landsat观测台是通过国家航空与航天局（NASA）和内政部美国地质调查局（USGS）之间的机构间伙伴关系制定的。美国航空航天局接手了这一任务，负责系统工程和设计，开发飞行部门，确保发射服务，飞行地面系统集成以及进行轨道初始化和验证。美国宇航局在开发，发射和轨道调试期间涉及了Landsat数据连续性任务（LDCM）的工作。 USGS领导地面系统开发，LDCM于2013年5月30日更名为Landsat 8，当时USGS正式对特派团作业负责，包括收集，归档，处理和分发Landsat 8数据。 Landsat 8携带两个传感器，即运行性陆地成像仪（OLI）和热红外传感器（TIRS），每天有超过500个图像场景被美国地质调查局地球资源观测与科学研究中心（EROS）中心的美国Landsat数据存档摄入，南达科他州新的Landsat 8影像补充了以前的Landsat任务获得超过四百万个影像，这些影像存储在美国的Landsat档案中，可以通过互联网免费获得。

本文介绍了目前（2012-2017）USGS-NASA Landsat科学小组（LST）的努力，以初步了解Landsat 8的能力，以及在支持科学小组确定的优先事项方面迈出的步骤。 这些优先事项和目前LST的目的和重点是首先介绍。接下来是对Landsat 8任务目标，传感器，轨道，数据采集和标准数据产品的概述，为后续部分提供设备环境。 突出强调了Landsat 8能力的初步评估和新的科学和应用机会的确定。接着是对Landsat产品发展的深度考察，包括与其他中等分辨率遥感卫星的国际协同、其他协议方式的遥感卫星，以及考虑的Landsat后续序列的任务要求。

4.4.地表温度、蒸散量和干旱

地表温度是气候研究中描述地表状态和地表过程的关键变量之一，也是研究气候变化、水文学、生物学、生态学、生物地球化学与人体健康的关键变量之一（Kalma, McVicar, amp; McCabe, 2008; Quattrochi amp; Luvall, 2004）。在陆地卫星8出现之前，在不使用辅助数据的情况下，想要可靠地导出陆地表面温度是不可能的，因为只有单一的可用陆地卫星热波段。陆地卫星8启用了两个和1公里MODIS波段相似的TIRS热波段光谱，第一次利用了分裂窗的陆地卫星热图像的大气校正技术。这种方法相比利用陆地卫星传感器数据，能够更简单和更准确地得出表面温度发射率。

在获取人类大规模使用水资源的历史资料和典型的规模化农业资料领域，陆地卫星提供所需资料的空间分辨率和连续记录。基于陆地卫星的田间总蒸散量（ET）目前正使用在美国一些州的水权管理（Sullivan,Huntington, amp; Morton, 2011）和联合管理地表地下水领域（Anderson, Allen, Morse, amp; Kustas, 2011;Burkhalter et al., 2013），还被用于估计其他国家不可持续地下水的消耗量（Santos, Lorite, Allen, amp; Tasumi,2012）。目前提交水权听证会的水预算、地下水模拟和鉴定材料也依靠陆地卫星来识别自然植被消耗地下水的面积和数量，定义常年水量也依靠陆地卫星（Allen, Tasumi, Morse,et al., 2007; Burns amp; Drici, 2011; NSEO, 2012）。多数情况下，地下水流出到地表的面积小或者狭窄，具有较高的空间变异性，这就要求陆地卫星具有高的的空间分辨率来估计空间代表性和精确的ET（基于陆地卫星的田间总蒸散量）通量。图4显示了陆地卫星8得出的一幅该卫星发射地南部约150公里的加利福尼亚沿海地区的ET地图。中心图像与表面能量平衡应用产生的ET是相关的（Allen, Tasumi, amp; Trezza, 2007），参考这一天的天气，显示为本地100米TIRS分辨率下图中最大的一部分。右图是相对于30 m OLI分辨率下的热数据得出的ET度量产生的“锐化”，与表面温度和短波OLI植被指数的变化相关联（Trezza et al., 2008）。在热锐化之后，用水相关领域和个别领域相联系的轮廓变得清晰了，场边缘和场中心ET的一致性支持着锐化的有效性，也更好地定义了总耗水量与个别领域和水权的关系。

大陆尺度的热量基于低分辨率地球静止卫星热数据产生的ETRF异常图已被证明是不准确的，因此需要提供一个基于降水的稳健高分辨率来替代它作为基础干旱监测指标（Anderson, Hain, Wardlow, Mecikalski,amp; Kustas, 2011; Anderson et al., 2013）。陆地卫星ET时间序列提供了一个独特的机会，使得人类现在能够调查田间尺度植被应力和利用植物功能研究干旱脆弱性在空间上的变化、土地/水管理和土壤条件，以此来提高干旱预警系统有针对性的减灾工作能力和产量的估计（Anderson, Kustas, et al., 2011）。融合来自Landsat和每日MODIS数据的ET数据流提供了及时的检测早期作物应力的机会（Cammalleri,Anderson,Gao,Hain

,amp;Kustas,2013）。Landsat 8将继续作为发展生长季累积耗水量估算技术、估计地下水排放和常年产水量的主要数据源，还将用于监测水的使用和人口增加带来的水资源压力及开发新的淡水资源等领域。

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