论文名字： Distance makes the difference in thermography for ecological studies E. Faye

地表温度驱动着许多生态过程，红外热像仪被生态学家广泛用于测量不同物种栖息地的热不均匀性。然而，由于被测表面与相机之间的距离所造成的温度读数的潜在偏差仍未得到充分承认。我们研究了在不同天气条件下，0.3到80米距离对不同热测量值(平均温度、标准差、斑块丰富度和聚集度)的影响，以及对研究表面类型(不同植被表面)的不同结构复杂性的影响。我们发现距离是红外热像仪测得温度的关键变量。距离与平均温度、标准差和斑块丰富度之间存在非线性关系，导致前20 m内的热测量值被快速低估，在距离目标20 - 80 m处仅略有下降。太阳辐射也随着距离的增加而增大偏置。因此，随着距离的增加，表面温度被低估了，热镶嵌在距离较远的地方均匀化，偏热区要比偏冷区大得多。大气成分和像素大小效应解释了距离引起的热测量值低估。表面结构的复杂性对表面温度偏差影响不大。最后，我们为生态学家提供了一般的指导方针，以减少在热像图中由于离研究表面的距离所造成的误差。

实验距离：0.3m-80m 测试波长：7.5 to 14 μm

测试用的场景：

测试结果： 四个图：横坐标都是距离，纵坐标分别是：温度均值，温度方差，快丰富度，聚合度。

(1) mean temperature and standard deviation,providing a descriptive summary of patch metrics for the entire landscape, (2) patch richness, calculated as the number of patch types present in a landscape and describing its compositional make-up (McGarigal and Marks, 1994), (3) the aggregation index,often referred as landscape texture, which quantifies to what extent temperature pixels of the same value were spatially ag-gregated (He et al., 2000).

4.2. Pixel size effect TIR相机配备了一个大小传感器，为任何拍摄距离提供固定数量的像素。因此，像素大小取决于拍摄距离(在线资源1):你拍摄的距离越远，像素越大。这种像素大小随距离的变化不可避免地会导致TIR相机记录的热信息发生变化。实际上,对象之间的物理边界,或热补丁,及其周边可能包括在相同的单像素根据射击距离,和在这种情况下,像素集TIR信息来自两大因素,即亚像素的组合的温度(墨菲et al ., 2014)。亚像素温度的整合可能降低了TIR图像的非均匀性。聚集指数对拍摄距离的响应很好地说明了这一效果:随着拍摄距离的增加，热斑变得更加聚集(图4)。聚集指数依赖于构成景观的像素的数量(McGarigal and Marks, 1994;他等人，2000)。事实上，构成1平方米表面积的像素数量会随着距离的增加而减少，从而导致聚集的“明显”增加。像素大小效应也可能有助于解释热测量值下降速率变化的临界距离(20米)。像素大小效应可能与热斑的排列相互作用。相对于由几个大的热斑组成的表面而言，当距离增加时，更小的热斑更容易被缓冲。一旦将最热的斑块缓冲并与其他斑块聚集，热测量受距离的影响较小。还需要更多的研究来验证这一假设。

我们提出了一些主要的准则，以尽量减少误差之间的研究对象和TIR相机之间的距离。首先，为了获得准确的TIR测量，**物体的发射率应该根据发射率表(Clark, 1976)在相机的设置中固定。**事实上，发射率的不同可能会改变物体的温度读数。因此，对于TIR图像中的每个对象，辐射率应该适当地固定(Faye et al.， 2015)。尽管如此，同一物体的不同部分可以有不同的发射率值，这取决于它们的结构组成(Rubio et al.， 1997)。此外，在拍摄时必须记录全球太阳辐射，以便在类似的辐照度条件下进行。在相关情况下，TIR拍摄应该在低太阳辐照度或夜间进行，以避免低估表面温度。此外，为了最小化研究表面物理边界上的亚像素温度组合，我们建议手动删除TIR图像中的表面边界边缘(即边界像素)。但是，这种预防措施并不会排除由于热斑上的亚像素温度组合造成的不准确性

其次，在进行数据分析时，**必须考虑到拍摄距离与TIR图像精度之间的关系。**TIR研究应该预测低大气成分(特别是在室外)和拍摄距离像素大小的影响。因此，我们建议在尽可能低的距离(如果可行的话)减少拍摄距离，以获得更准确的绝对表面温度。如果不是这样，就可以使用大气辐射转移模型来根据大气成分校正地表温度。例如，MODTRAN s6(中分辨率大气传输)求解了热传感器与被研究对象之间的辐射传输方程，其中包括热传感器与被研究对象之间存在的大气分子和颗粒物吸收/排放的影响(Berk et al.， 2014)。

物体或生物体的体长也是制约热像仪使用和拍摄距离确定的关键参数。的确,表面温度明显影响小生物体主要的性能(如昆虫和岩石海岸的甲壳类动物,当热预算主要是由传导),而更大的动物大肠热预算Faye et al。/热生物学》杂志上56(2016)1 - 9 8受到财产的空气(对流热损失)。特别是，太阳辐射使动物身体表面温度升高，从而增加了动物身体内部和皮肤温度之间的偏差。然而，对于小的、干皮肤的、低热惯性的外胚层，如大多数节肢动物和植物表面，预期这些影响仍然很小。然而，TIR拍摄距离应该根据生物体的大小来选择，以最大化覆盖对象的像素数量。例如,在20米的距离,像素大小约为2 cm*2cm,我们最好的热红外相机(在线资源1)。行为温度调节的机会因此只能在20米及以下评估生物身体size42厘米,假设有机体本身集成了表面温度在其整个身体(森林et al ., 2016)。

综上所述，我们的研究表明，物体与TIR相机之间的距离是测量的热不均一性的主要改变因素。拍摄距离会导致错误和低估地表温度。因此，研究人员应该根据身体尺寸、TIR相机规格(特别是视野)、假设的表面温度(如果物体表面温度是加热的)和绝对精度要求之间的权衡来选择拍摄距离。这些建议适用于任何使用热成像技术的研究领域。