دمای سطح زمین و ضریب گسیل سطح دو شاخص مهم در مطالعات مربوط به سطح زمین هستند. این شاخص‌ها، از شاخص‌های مهم در زمینه‌های تخمین بودجه انرژی، ارزیابی پوشش‌های زمینی و مطالعه انتقال گرمایی می‌باشند. هدف اصلی این تحقیق ارائه الگوریتمی جهت تخمین ضریب گسیل سطح و دمای سطح زمین از تصاویر ماهواره لندست-۸ است. الگوریتم پیشنهادی جهت تعیین دمای سطح زمین، روش پنجره مجزا بر پایه‌ی باند‌های ۱۰ و ۱۱ سنسور حرارتی ماهواره لندست-۸ می‌باشد و همچنین جهت تعیین ضریب گسیل روشی بر مبنای استفاده از شاخص NDVI ارائه‌شده است. این تحقیق از دو مرحله اصلی تشکیل‌شده است: در مرحله اول با استفاده از داده‌های شبیه‌سازی‌شده که بر اساس کتابخانه طیفی استر طراحی شدند، رگرسیون خطی بین ضریب گسیل سطح برای باند‌های۱۰ و۱۱ ماهواره لندست-۸ با شاخص NDVI ایجاد شد. در مرحله دوم با استفاده از داده‌های شبیه‌سازی‌شده که با استفاده از MODTRAN طراحی شدند، الگوریتمی پنجره مجزا برای محاسبه دمای سطح از داده‌های ماهواره لندست-۸ طراحی و ارائه شد. در پایان جهت ارزیابی روش پیشنهادی از سه مجموعه داده مستقل شبیه‌سازی‌شده، زمینی و ماهواره‌ای استفاده شد. نتایج ارزیابی با استفاده از این سه مجموعه به ترتیب خطای RMSE برابر با ۲۱/۱، ۹۱/۱ و ۰۳/۱ درجه را نشان دادند. بنابراین روش پیشنهادی، روشی مناسب و قابل‌قبول جهت تعیین دمای سطح زمین از تصاویر ماهواره‌ای لندست-۸ می‌باشد.

گسیلمندی سطح زمین از جمله متغیرهایی است که در دامنه وسیعی از مطالعات و تحقیقات علوم زمین و محیط زیست کاربرد دارد و یکی از پارامترهای اساسی در برآورد دمای سطح می باشد. فناوری سنجش از دور، امکان پایش این کمیت را در سطح وسیعی فراهم می آورد. تغییرات گسیلمندی وابسته به پارامترهای سطح (نظیر بافت، توپوگرافی، رطوبت) و سنجنده ( نظیر قدرت تفکیک مکانی، تابع پاسخ طیفی ، و طول موج موثر باندها ) می باشد. در این تحقیق، یک روش بهبود یافته مبتنی بر شاخص گیاهی نرمال شده جهت برآورد گسیلمندی سطح بر روی داده های لندست ۸ پیشنهاد گردیده است. در روش پیشنهادی، گسیلمندی باند های حرارتی برای مناطق خاک بایر بصورت تابعی از بازتاب باندهای انعکاسی تصحیح اتمسفری شده در محدوده طیفی ۰,۴ تا ۲.۲۹ میکرومتر بیان شده است. کارایی روش پیشنهادی بصورت عملی بر روی داده های لندست ۸ اجرا گردید و گسیلمندی حاصل با دو محصول گسیلمندی سنجنده هوابرد پیشرفته با رادیمترسنج انعکاسی و حرارتی( ASTER) مقایسه و اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که گسیلمندی حاصل از روش بهبود یافته پیشنهادی در باند ۱۰ حرارتی لندست ۸ در مقایسه با محصول گسیلمندی متناظر تصویر بررسی اول و دوم ASTER به ترتیب دارای خطای ۰.۷۶% و ۰.۷۵% با در نظر گرفتن پارامتر ریشه میانگین مربعات خطا می باشد، همچنین این خطا در باند ۱۱ حرارتی به ترتیب دارای مقدار ۱.۴۹% و ۱.۰۶% محاسبه گردید. برخلاف روشهای قبلی، روش پیشنهادی نه تنها با دقت بهتری گسیلمندی سطح را بصورت تابعی از انعکاس عوارض مختلف سطح تخمین می زند، بلکه توابع پاسخ طیفی باندهای حرارتی و انعکاسی را در برآورد گسیلمندی سطح مد نظر قرار می‌دهد. همچنین، روش پیشنهادی رابطه ضعیف بین گسیلمندی و بازتاب فقط باند قرمز در روشهای قبلی را بدلیل استفاده از بازتاب همه باندهای انعکاسی تقویت می نماید و بر روی اغلب سنجنده ها قابل اجراست.

دمای سطح زمین از جمله متغیرهایی است که در دامنه وسیعی از مطالعات علوم زمین و محیط زیست کاربرد دارد. فناوری سنجش از دور، امکان پایش مکانی و زمانی این کمیت را در سطوح وسیع فراهم می­آورد. اما ارزیابی دقت این کمیت از مسائل چالش برانگیز بوده و هست. تغییرات سریع دما در مکان و زمان از یک طرف، و عدم تطابق مقیاس مکانی بین سنسورهای ماهواره­ای و زمینی از طرفی دیگر، اعتبار سنجی آن­ را با داده­های زمینی دشوار نموده است. علاوه بر اعتبارسنجی این کمیت با داده های زمینی، سه روش دیگر، اعتبار سنجی مبتنی بر رادیانس، ارزیابی غیرمستقیم و اعتبار سنجی تقاطعی بین محصول دو سنجنده، وجود دارد. از بین این روشها، روش اعتبار سنجی تقاطعی با توجه به گسترش روزافزون سنجنده­های حرارتی از معمول­ترین روش ارزیابی دقت دمای سطح می­باشد. تطبیق زمان، اطلاعات طیفی، مکانی و زاویه دید سنجنده، از نیازهای اساسی روش اعتبار سنجی تقاطعی است. در مقاله حاضر، روشی برای اعتبارسنجی تقاطعی دمای سطح حاصل از لندست ۸ با سنجنده ­های مادیس ارائه شده است. بدلیل برداشت دو بار در هر شبانه­روز، توسط هر یک از سنجنده­های مادیس، محصول دمای آن بعنوان مرجع انتخاب گردید. محصول دمای مادیس در بیش از پنجاه مورد با روش­های مختلف اعتبارسنجی شده و دارای دقت کمتر یک درجه کلوین می­باشد. نتایج روش پیشنهادی نشان داد که ارزیابی دقت در مناطق با همگنی بالا، با پارامترهای میانگین اختلاف­ها و ریشه میانگین مربع خطا به ترتیب دارای دقت ۰,۶ و  ۱.۶۳ درجه کلوین در تصویر بررسی اول بوده و همچنین این مقادیر در تصویر بررسی دوم به ترتیب دارای دقت ۰.۹۴ و  ۱.۲۷ درجه کلوین بدست آمدند. با توجه به نتایج حاصل، روش پیشنهادی نه تنها روش با ثباتی برای ارزیابی دقت دمای سطح می­باشد، بلکه این روش برای هر سنجنده حرارتی و برای هر زمان و مکانی قابل اجرا است.

دمای سطح زمین یکی از مهم ترین شاخص ها در مطالعات مربوط به سطح زمین مانند حفظ منابع طبیعی، تبادل انرژی و آب بین سطح زمین و جو می باشد. هدف اصلی این تحقیق ارائه الگوریتمی جهت تخمین دمای سطح زمین با استفاده از داده های طیف سنج حرارتی فراطیفی هوابرد (HYTES) می باشد. برای این منظور از الگوریتم پنجره مجزا استفاده می شود. این الگوریتم از طریق باندهای بهینه ای که توسط الگوریتم ژنتیک از بین ۲۰۲ باند انتخاب می شوند دمای سطح زمین را بدست می آورد. فرآیند الگوریتم بدین صورت است که ابتدا با استفاده از الگوریتم ژنتیک باندهای بهینه از بین ۲۰۲ باند انتخاب شده و سپس ضرایب مربوط به الگوریتم پنجره مجزا بدست می آید. تعداد ضرایب به تعداد باندهایی که توسط الگوریتم ژنتیک انتخاب می شوند بستگی دارد. سپس با استفاده از ضرایب بدست آمده و باندهای انتخابی، دمای سطح زمین برای دو داده ی مختلف از طریق الگوریتم پنجره مجزا بدست می آیند. در پایان نیز برای ارزیابی نتایج روش پیشنهادی از محصول حرارتی طیف سنج حرارتی فراطیفی هوابرد (HYTES) استفاده می شود تا دقت روش پیشنهادی مشخص شود. دمای بدست آمده با استفاده از الگوریتم پیشنهادی برای هر دو داده با داده ی مرجع (محصول حرارتی) مورد ارزیابی قرار گرفت که خطای ریشه کمترین مربعات (RMSE) برای داده ی اول ۰۲۵/۰ درجه کلوین و برای داده ی دوم ۹۹۹/۰ درجه کلوین را نشان می دهد. بنابراین با توجه به خطاهایی که بدست آمد می توان گفت الگوریتم پیشنهاد شده برای بدست آوردن دمای سطح زمین از داده های طیف سنج حرارتی فراطیفی هوابرد (HYTES) روش مناسبی می باشد.
 

آشکارسازی و شناسایی مناطق مستعد زمین گرمایی سطحی و کم عمق، با استفاده از داده های سنجش از دور یکی از روش های نوین در بسیاری از کاربردها می باشد. هدف این مطالعه شناسایی مناطق مستعد زمین گرمایی سطحی با ترکیب دمای سطح و فلوهای انرژی حاصل از روش سبال با استفاده از داده­های لندست ۸ در شمال غرب کشور مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. برای این منظور و به دلیل حداقل بودن اثر تشعشعات خورشیدی، دو فریم از داده های لندست ۸  به تاریخ ۱۳ اکتبر ۲۰۱۶ مورداستفاده قرار گرفت. سپس با استفاده از دو الگوریتم تک باندی محاسبه دما، معادله انتقال تشعشع حرارتی  و الگوریتم جیمز - سوبرینو (SC^JM&S)، نقشه دمای مشاهداتی سطح زمین مشخص گردید.  همچنین با استفاده از الگوریتم توازن انرژی در سطح زمین (سبال) مقدار تشعشعات خالص دریافتی توسط سطح زمین ، انرژی خالص هدایت شده به زمین  و مقدار تابش جذب شده خورشیدی توسط سطح  محاسبه گردید.  برای اولین بار، با ترکیب این لایه های اطلاعاتی با دمای مشاهداتی سطح، مناطق مستعد انرژی زمین گرمایی شناسایی و تعیین گردیدند. نتایج نشان داد که مناطقی مابین شهرهای مرند و تسوج و همچنین مابین  شهرهای خوی و قطور مناطق مستعد زمین گرمایی سطحی می باشد که وجود آبگرم طبیعی در منطقه قطور احتمال وجود منابع زمین گرمایی را افزایش داده و موءید این مطلب می باشد. همچنین، نتایج مشابه در مناطقی در جنوب شهر ارومیه و در غرب شهر اشنویه حاصل گردید. این مناطق حاصل، حداکثر فاصله‌ای که از محل مصرف انرژی (شهرهای ارومیه، خوی، مرند، تسوج، شرفخانه و اشنویه) دارند، برابر ۳۰ کیلومتر می‍باشد که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه بوده و می توانند بخش عظیمی از  انرژی مصرفی را در صنعت و شهرها تأمین نموده و محیط زیست سالم و پاک را به ارمغان بیاورد.
 

به دلیل محدودیت‌های فنی و مالی، تجهیزات سنجش‌ازدوری به‌طور هم‌زمان نمی‌توانند توان تفکیک بالای مکانی و زمانی را برای یک سنجنده فراهم آورند. بااین‌وجود نیاز به پایش تغییرات فصلی مناطق مختلف در سطح توان تفکیک بالای مکانی در حیطه علوم تغییرات جهانی ضروری به نظر می‌رسد. دوره بازگشت ۱۶ روزه سنجنده استر، استفاده از این سنجنده را برای مطالعه فرایندهای بیوفیزیکی جهانی که شامل دوره‌های سریع رشد می‌شوند را به‌طور گسترده‌ای محدود کرده است. در مناطق ابری زمین وضع بدتر هم می‌شود و محققین باید خوش‌شانس باشند که دو یا سه تصویر بدون ابر در یک سال از منطقه به دست آورند. در همین زمان توان تفکیک مکانی پایین سنجنده هایی چون مادیس توانایی سنجنده را برای بیان کمی فرآیندهای بیوفیزیکی در مناطق ناهمگن محدود می‌کنند. در این تحقیق روشی تحت عنوان مدل بهبودیافته ادغام سازگار مکانی و زمانی یا ESTARFM برای ترکیب محصولات دمای سطح زمین سنجنده های استر و مادیس استفاده‌شده است. با استفاده از این روش اطلاعات پرتکرار زمانی سنجنده مادیس و اطلاعات با توان تفکیک مکانی بالای سنجنده استر می‌توانند برای کاربردهایی که به توان تفکیک بالا در دو بعد مکان و زمان نیاز ‌دارند ترکیب شوند. نتایج این الگوریتم بهبود دقت پیش‌بینی دمای سطح زمین با توان تفکیک بالای مجازی، به‌ویژه در مناطق غیر همگن و حفظ جزئیات مکانی را نشان داده است. به‌کارگیری این الگوریتم برای ادغام محصولات دمایی سنجنده های مادیس و استر برای قسمتی از شهر تهران حاکی از نتایج قابل‌قبول این الگوریتم (ریشه میانگین مربع خطاها برابر ۲/۳ درجه کلوین، میانگین خطای برابر ۷/۱ درجه کلوین، انحراف معیار خطاها برابر ۶/۲ درجه کلوین و ضریب همبستگی ۸۷ درصدی بین داده واقعی و محصول پیش‌بینی‌شده) می‌باشد.