地表温度（Land Surface Temperature，LST）是刻画城市气候特征、评估城市热岛效应和支撑精细化城市管理的重要参数。然而，受卫星观测几何角度的影响，热红外遥感反演的LST普遍存在显著角度效应，尤其在三维结构复杂的城市下垫面中，不同观测方向可导致10K甚至更大的温度偏差，严重制约了多时相、多传感器LST数据的可比性与应用可靠性。目前，城市LST角度效应研究主要依赖多角度观测统计或经验模型，难以处理卫星瞬时时刻非同步多角度观测，对气象变化的响应能力有限，其物理一致性和推广应用能力仍存在明显不足。

针对上述科学问题，我校土地科学技术学院硕士生覃江涛在导师王丹丹副教授指导下，围绕城市热各向异性建模与角度效应校正开展系统研究，提出了一种融合城市热辐射方向性特征与地表温度年内变化特征的角度效应校正模型——GUTA-ATCE。该研究以MODIS城市地表温度为研究对象，系统解决了瞬时LST角度效应校正中的关键难题，取得了以下主要进展与认识：

1、构建了面向瞬时遥感观测的城市LST角度效应校正框架。

研究将城市热各向异性几何模型（GUTA-T）与增强型年温度循环模型（ATCE）相结合，对传感器垂直观测方向LST进行动态参数化，突破了传统方法中垂直观测LST难以确定、依赖同步多角度观测的限制，实现了对非同步多角度MODIS LST的物理约束校正。

2、验证了GUTA-ATCE模型角度效应校正精度与稳定性。

在芝加哥和图卢兹等典型城市的系统验证表明，GUTA-ATCE模拟的LST与MODIS观测LST高度一致，相关系数达0.98，均方根误差约为2.35K；同时，在不同季节，不同城市几何结构下，模型均表现出良好的稳定性。

3、揭示了城市热各向异性的时空演化机理。

研究表明，城市热各向异性在季节尺度、观测角度及不同建筑密度和高宽比条件下均表现出显著差异。GUTA-ATCE能够准确再现这些变化特征，其模拟结果与基于地面实测数据的DART和TUF-SUM模型模拟结果保持高度一致。

4、为高精度城市热环境应用提供了关键技术支撑。

该研究为卫星遥感LST角度效应校正提供了一种兼具物理意义、时间演变特征与计算效率的可推广方案，为城市热岛精细化监测、多源遥感数据融合以及智慧城市和气候适应决策提供了重要技术基础。该研究不仅深化了对城市热各向异性的认识，也为提升卫星地表温度产品在城市尺度上的应用可靠性提供了新的解决思路，具有重要的学术价值和应用前景。

图1 遥感观测地表温度角度效应示意图

图2 研究区概况

图3 GUTA-ATCE模拟的芝加哥不同观测角度热各向异性的空间分布

图4 芝加哥地区角度效应校正前后MODIS地表温度的对比；（a）原始MODIS LST。（b）角度效应校正后的MODIS LST。（c）模拟热各向异性。（d）观测天顶角

图5 GUTA-ATCE模拟结果与DART和TUF-SUM模型在不同观测角度和时间尺度下的对比

该研究得到了国家自然科学基金（42471401、42101333、42171316、42571400、U23A2018）的资助。相关成果已发表在国际遥感领域权威期刊《Remote Sensing of Environment》上：Qin, Jiangtao, et al. Correcting angular effects on MODIS LST in urban areas using an enhanced time-evolving parametric geometric model. Remote Sensing of Environment 332 (2026): 115103.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.115103