基于多元函数泰勒公式和最优控制原理,首先,在塔克拉玛干沙漠部分中心区域(反演区域),利用2014年1月FY-3C微波成像仪10.65 GHz垂直极化的观测亮温、辐射传输模式(CRTM)的模拟亮温等资料,在原有地表发射率与2个影响因子的函数关系基础之上,构建了该区域1月份微波地表发射率与2、4个影响因子之间的线性反演模型。其次,以观测亮温为参考,分别将两种线性反演模型所得的地表发射率提供给CRTM模拟亮温,发现此时模拟亮温的平均偏差分别减少到原地表发射率模拟亮温平均偏差的56.36%和49.37%。最后,在整个塔克拉玛干沙漠地区(检验区域),选取用于反演日期中的1月18日、未用于反演日期中的1月29日,对两种线性反演模型进行了时间和空间上的独立性检验,结果表明,利用两种线性反演模型所得的地表发射率模拟亮温仍比原模拟亮温更接近观测,平均偏差也明显减小;两种线性反演模型对沙漠地区1月份地表发射率的反演具有一定的合理性和普适性,且4个因子的线性反演模型优于2个因子。

针对高光谱数据热红外温度和发射率反演为病态方程且易受大气下行辐射噪声干扰的问题, 提出了基于相关性和小波滤波相结合的高光谱热红外温度发射率分离方法, 即相关-小波法。在相关性方法的基础上, 引入小波降噪的思想, 生成一系列温度梯度, 在不同温度梯度下, 带入大气下行辐射计算得到的发射率曲线和不考虑大气下行辐射直接小波滤波得到的发射率曲线计算相关性, 取相关性最大时的温度为反演温度。同时在反演发射率时利用相关性计算不同尺度的小波信号所占的比例合成发射率曲线。模拟数据结果显示: 相关-小波法在温度梯度为0.01 K时, 温度反演平均误差为0.05 K, 并且相关-小波法在温度反演精度和发射率反演精度上都优于相关性方法和小波法。由此表明, 该算法可一定程度上抑制大气校正不准确引入的误差, 有效提高热红外温度和发射率的反演精度。

利用FY-2G(风云二号G星)静止气象卫星中红外和热红外通道白天/夜晚数据进行我国陆地区域地表发射率的反演。采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的温湿度、臭氧等大气廓线数据,基于辐射传输模型MODTRAN进行遥感影像的大气校正;选用修正后的Minnaert双向反射分布函数计算中红外通道地表方向的半球反射率,基于与温度无关的热红外光谱指数(TISI),最终得到我国不同地表植被类型下白天和夜晚的地表发射率分布特征;然后选取MODIS地表发射率产品对我国陆地区域的影像进行地表发射率反演结果的验证,结果显示:白天和夜晚的地表发射率反演结果与MODIS现有地表发射率产品吻合得较好,白天热红外通道IR1、IR2地表发射率反演的绝对误差分别为-0.0057、-0.0068,均方根误差分别为0.0095、0.0103;夜晚的绝对误差分别为-0.0010、-0.0035,均方根误差分别为0.0094、0.0096。同时对同一天不同时刻的地表发射率反演结果进行分析,结果表明,夜间的地表发射率略低于白天。

地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外(8~14μm)数据相比，中红外(3~5μm)波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低，在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路，发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法，分析了宽通道组合(3~4 μm和4~5 μm)和窄通道组合(3929~3.989 μm和4.020~4.080μm)模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明，宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为~0.5 K和~0.3 K；噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.

地表微波发射率是含水量、 表面粗糙度、 地物结构等的函数, 这些因素具有明显的季节性。 用晴空条件下高级微波扫描辐射计(AMSR-E)的瞬时发射率, 辅助2003年IGBP(international geosphere-biosphere project labels)地表分类数据, 获得了北半球各种植被覆盖地区2003年夏冬两季每半月平均的地表微波发射率。 分析不同植被发射率随频率、 极化、 时间等变化的特性。 结果表明, 植被发射率在H和V极化均随频率的增加而增加, 在有降雪的地区发射率随频率增加而迅速减小。 植被区夏季发射率较高, 89 GHz的V极化发射率值大于0.944, 且发射率时间序列上很稳定, 极化差较低(<0.081), 同一地区发射率时间序列RSME小于0.007 2。 植被区冬季在积雪出现的地方发射率值降低, 尤其表现在高频部分。 随着植被密度的增加, 植被地区发射率值增加而极化差降低。

地表微波发射率是表征地表特征的重要参数， 同时也是反演地表、 大气参数的重要条件。 不同地物类型由于其结构， 含水量， 粗糙度等的差异而具有各自的辐射特征。 利用2003年6～8月， 2003年12月～2004年2月两个时段针对AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-EOS)传感器的晴空条件下全球地表微波发射率数据， 结合IGBP分类标准及覆盖度数据， 选择相对较纯像元， 分析了不同地表类型的发射率特征以及不同地物类型的发射率在不同波段随季节的变化规律。 结果表明， 地表发射率跟频率与极化相关， 几乎所有植被和裸土类型双极化下的发射率变化趋势是随频率的增加而增大， 而冰雪覆盖类型V极化发射率随频率增加而减小。 此外， 发射率跟地表类型密切相关。 植被类型的发射率要高于裸土的发射率。 因此， 随着植被密度的降低， 裸土的贡献增大， 导致总体发射率的降低。 对于植被类型， 一般在夏季处于生长旺盛期， 发射率比较稳定， 可作为特征发射率。 积雪覆盖是一个重要因素， 尤其在冬季影响着地表的发射率变化。

介绍了利用机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球、大气辐射的实验过程，并对由光谱仪测得的辐射与地表光谱发射率、大气透过率等参数的关系进行了深入的分析，给出了理论表达式。提出了一种基于梯度搜索的优化方法，即由机载FTIR光谱仪测得的辐亮度光谱反演得到方差最小的光谱发射率最优解。反演结果表明，在中红外波段，沙地平均光谱发射率为0.70，裸土地表平均光谱发射率为0.95。