10.4. 热容、热导率、热惯性定义2¶
与仅涉及最顶层（几个分子层厚）的表面反射的遥感不同，热遥感包括延伸到地表以下不同浅层深度的能量变化。在分析和解释热数据和图像时，最关键的考虑是了解加热近地表层的物理和时间条件。随着季节的推移，基岩平均温度的微小变化可能发生在10米（33英尺）或更深处。太阳辐射和空气中的热传递在白天显著地加热地表及其下的物质。温度通常在夜间下降，主要是由于辐射冷却（最大辐射冷却发生在无云条件下），伴随着一些传导和对流。在一个单一的日（日）循环中，近地表层（通常为松散土壤）经历交替加热和冷却，深度通常在50至100 cm（20-40 in）之间。日平均地面温度一般接近平均气温。观测到的温度变化主要是由白天加热周期的变化引起的，但温度和当地气象条件的季节性差异（平均值和范围）也会影响每天的周期响应。
24小时热循环期间五种表面覆盖类型的辐射温度变化。来自F.F.Sabins，Jr.，遥感：原理和解释。第2版，1987年。经纽约市W.H.Freeman&Co.许可转载。
这里显示的曲线总结了在24小时周期内辐射温度的定性变化，从局部午夜开始到结束，在表面发现的五类一般材料。根据这些曲线，我们可以估计出热传感器可以记录的相对灰度，作为材料和一天中时间的函数。假设两个相同区域的热图像相距12小时，大约在中午和午夜，我们可以根据它们的温度和热惯性来确定共注册像素的身份。
9-8 Letting the gray levels in a thermal image vary with temperature, predict the relative gray tones you would expect for a desert surface (rock and soil) and standing water at 4:00 AM and 2 PM. `ANSWER <answers.html#9-8>`__
不同材料的热惯性、反射和发射率的差异以及可变的大气辐射是改变测量表面温度的重要因素。考虑下面绘制的四组曲线：
顶部曲线（a）显示了仅由材料热惯性差异引起的温度变化，其他因素保持不变。注意明显的交叉点。P值远高于0.05（通常是金属物体），会产生日变化曲线，接近穿过交叉点的直线。这一效应与先前的说法一致，即具有高热惯性的材料在整个加热/冷却循环期间会经历较小的辐射温度变化。B中的曲线显示了不同反射率的影响（以反照率计算，即反射太阳辐射与入射辐射之比，以百分比表示）。日最高、最低温度及其差异（dt）随太阳照射反射率的降低而增大。在C中，曲线表示与 发射率 ；大多数天然材料的价值 e 范围从0.80到0.98。D中的曲线表示大气辐射引起的温度效应，这是由水蒸气（一个常见的误差源）的再发射引起的。从这些曲线，我们了解到，由于这些变量，天然表面材料在辐射温度方面表现出相当大的变化。
9-9 ： 为什么上述曲线在0600小时（6点）左右达到最低温度？对表面温度的变化与这些曲线中四个特性变量的值的变化作一个一般性的陈述或规则？ **ANSWER**
这些不同性质之间的相互作用共同影响了地表以下30厘米（1.2英尺）左右的表层中的加热速率、总热交换和温度分布（梯度=dt/dz，其中z是厚度或深度）。在白天的周期中，这种情况会发生很大的变化。不同的温度和深度剖面描述了白天和夜晚的不同时间，如图中所总结的（对于具有非常低热惯性的低密度土壤）：
不管一天中什么时候，加热区的温度分布在30-50厘米以下的某个深度（取决于岩石或土壤及其含水量）趋于稳定，但当地热梯度接管时，该深度慢慢地增加到地球中。黎明前（06:00），地面区域（顶部50厘米左右）的地面温度上升速度逐渐减小（dt/dz总体上是正的）。在早晨的阳光下（08:00），典型土壤的最上面的10到20厘米（4-8英寸）开始快速加热，在浅层形成负的dt/dz，在近地表的较低处恢复为正梯度。到中午（12:00）后不久，表层达到最高温度，下层随着深度的增加，温度逐渐降低。日落后进入夜间（20:00），随着热量的散去，梯度会反转（变为负值），因此表面温度会下降，但温度会保持在白天变化区的底部。
9-10 ： At what time of day does the soil show the least variation in temperature; the most? `ANSWER <answers.html#9-10>`__
观察表面的最高和最低温度（最高厘米左右）主要取决于储热器的积聚程度及其通过受影响层的储存能力。对于密度和反照率相同但导电率和/或比热不同的材料，随着导电率的增加和比热的降低，黎明前（最低T值）和中午（最高T值）的差异增加。实际差异的大小随着深度的增加而减小，直到底部的稳定（收敛）值。增加材料密度的影响（保持其他变量不变，p=（r kc））。1/2 ）需要更多的热能来加热给定体积的附加质量，从而减少热量传递到下层。随着密度的增加，总的附加热量（来自太阳和空气）分布在表层厚度的减少上。因此，在这种情况下，中午达到的最大温度更低，晚上达到的最小温度更高。因此，与密度较低的材料相比，日极端温度（dt）的分布往往较低。密度更大的材料相应的热惯性上升，只是表示它们随着加热或冷却过程对温度变化（更小的dts）增加的阻力（有时称为热阻抗）。对于热导率较高的材料，更多的热量传递到更大的深度，较少的残余物集中在表面，而且，再次，温度极端减少，这一点可以证明，白天的表面温度较低，夜间的温度较低的材料具有较低的Ks（例如，土壤）。
主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@epix.net