landsat遥感影像地表温度反演教程（大气校正法）

landsat遥感影像地表温度反演教程（⼤⽓校正法）
基于辐射传输⽅程的Landsat数据地表温度反演教程⼀、数据准备
Landsa 8遥感影像数据⼀景，本教程以重庆市2015年7⽉26⽇的=⾏列号为（128，049）影像
（LC81280402016208LGN00）为例。

同时需提前查询影像的基本信息（详见下表）
⼆、地表温度反演的总体流程
三、具体步骤
1、辐射定标
地表温度反演主要包括两部分，⼀是对热红外数据，⼆是多光谱数据进⾏辐射定标。

（1）热红外数据辐射定标
选择Radiometric Correction/Radiometric Calibration。

在File Selection对话框中，选择数据
LC81230322013132LGN02_MTL_Thermal，单击Spectral Subset选择Thermal Infrared1（10.9），打开Radiometric Calibration⾯板。

Scale factor 不能改变，否则后续
计算会报错。

保持默认1即可。

（2）多光谱数据辐射定标
选择要校正的多光谱数据“LC81230322013132LGN02_MTL_MultiSpectral”
进⾏辐射定标。

因为后续需要对多光谱数据进⾏⼤⽓校正，可直接单击Apply Flaash Settings，
如下图。

注意与热红外数据辐射定标是的差
别，设置后Scale factor值为0.1。

2、⼤⽓校正
本教程选择Flaash 校正法。

FLAASH Atmospheric Correction，双击此⼯具，打开辐射定标的数据，进⾏相关的参数设置进⾏⼤⽓校正。

注意：如果在多光谱数据辐射定标时Scale factor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置single scale faceor 值为0.1，若已设置，则默认值为1即可。

1)Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据；
2)设置输出反射率的路径，由于定标时候；
3)设置输出FLAASH校正⽂件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间⾜够⼤；
4)中⼼点经纬度Scene Center Location：⾃动获取；
5)选择传感器类型：Landsat-8 OLI；其对应的传感器⾼度以及影像数据的分辨率⾃动读取；
6) 设置研究区域的地⾯⾼程数据；
7)影像⽣成时的飞⾏过境时间：在layer manager中的Lc8数据图层右键选择View Metadata，浏览time字段获取成像时间；
注：也可以从元⽂件“LC81230322013132LGN02_MTL.txt”中找到，具体名称：DATE_ACQUIRED = 2013-05-12；SCENE_CENTER_TIME = 02:55:26.6336980Z；
8) ⼤⽓模型参数选择：Sub-Arctic Summer（根据成像时间和纬度信息选择）；
9) ⽓溶胶模型Aerosol Model：Urban，⽓溶胶反演⽅法Aerosol Retrieval：2-band（K-T）；
10) 其他参数按照默认设置即可。

11) 多光谱参数设置中，
K-T反演选择默认模式：Defaults->Over-Land Retrieval standard（600:2100）
波谱响应函数：默认指向..
\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\filt_func\landsat8_oli.sli
把它重新指向：..\Program Files\Exelis\ENVI51\resource\filterfuncs\landsat8_oli.sli
注：这是因为ENVI5.1版本的⼀个⼩bug，即Classic中的L8的波谱响应函数不正确，另外⼀个⼀劳永逸的⽅法是：将“\Exelis\ENVI51\resource\filterfuncs”中的Landsat8_oli.sli 和Landsat8_oli.hdr两个⽂件拷贝覆
盖：“...\ENVI51\classic\filt_func”中的两个⽂件。

否则SWIR1波段⼤⽓校正后的结果全为0。

见下图
12) ⾼级参数设置：根据内存⼤⼩设置Tile Size（Mb）：100(8g物理内存)，其他参数默认即可，详细见下图
经过FLAASH校正的影像基本去除了空⽓中⽔汽颗粒等因⼦的影响，植被的波谱曲线趋于正常。

3、地表⽐辐射率计算
（1）植被覆盖度计算
计算植被覆盖度Fv采⽤的是混合像元分解法，将整景影像的地类⼤致分为⽔体、植被和建筑，具体的计算公式如下：
FV = (NDVI- NDVIS)／(NDVIV - NDVIS)
其中，NDVI为归⼀化差异植被指数，取NDVIV = 0.70和NDVIS = 0.00，且有，当某个像元的NDVI⼤于0.70时，FV取值为1；当NDVI⼩于0.00，FV取值
为0。

利⽤ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输⼊栏中输⼊：
(b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.05)*0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7)*((b1-0.05)/(0.7-0.05))
b1:选择NDVI图像
（2）地表⽐辐射率计算
根据前⼈的研究，将遥感影像分为⽔体、城镇和⾃然表⾯3种类型。

本专题采
取以下⽅法计算研究区地表⽐辐射率：⽔体像元的⽐辐射率赋值为0.995，⾃然表⾯和城镇像元的⽐辐射率估算则分别根据下式进⾏计算：
εsurface = 0.9625 + 0.0614FV - 0.0461FV2
εbuilding = 0.9589 + 0.086FV - 0.0671FV2
式中，εsurface和εbuilding分别代表⾃然表⾯像元和城镇像元的⽐辐射率。

利⽤ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输⼊栏中输⼊：
(b1 le 0)*0.995+(b1 gt 0 and b1 lt 0.7)*(0.9589 + 0.086*b2 - 0.0671*b2*b2)+(b1 ge 0.7)*(0.9625 + 0.0614*b2 - 0.0461*b2*b2) b1：NDVI值；
b2：植被覆盖度值。

得到地表⽐辐射率数据。

4、计算相同温度下⿊体的辐射亮度值
卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：⼤⽓向上辐射亮度L↑，地⾯的真实辐射亮度经过⼤⽓层之后到达卫星传感器的能量；⼤⽓向下辐射到达地⾯后反射的能量。

卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值的表达式可写为（辐射传输⽅程）：
Lλ = [ε·B(T S) + (1-ε)L↓]·τ + L↑
这⾥，ε为地表辐射率，T S为地表真实温度，B(T S)为普朗克定律推到得到的⿊体在T S的热辐射亮度，τ为⼤⽓在热红外波段的透过率。

则温度为T的⿊体在热红外波段的辐射亮度B(T S)为：
B(T S) = [Lλ - L↑- τ·(1-ε)L↓]/τ·ε
在NASA官⽹(/doc/744b28fbdb38376baf1ffc4ffe4733687e21fc32.html /)中输⼊成影时间以及中⼼经纬度，则会提供上式中所需要的参数。

本专题输⼊的数据是重庆市地区2016年7⽉26⽇格林尼治时间时间03：26，平均⽓温32.601 ℃，⽓压961.841 MP，相对湿度63.689%，Landsat 8 OLI影像，影像中⼼的经纬度为：30.30647 N, 106.11288E 得到下图参数图:选择基于精确信息数
重庆属中纬
度夏季天⽓
Landsat 8 数据，波段10
⼤⽓在热红外波段的透过率τ为0.41，
⼤⽓向上辐射亮度L↑为5.23 W/(m2·sr·µm)，
⼤⽓向下辐射亮辐射亮度L↓为7.52W/(m2·sr·µm)。

利⽤ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输⼊栏中输⼊：
（b2-5.23-0.41*（1-b1）*7,52）/（0.41*b1）
b1：60m分辨率的地表⽐辐射率值；
b2：表⽰热红外波段的辐射定标值。

得到了温度为T的⿊体在热红外波段的辐射亮度值。

5、反演地表温度
在获取温度为T S的⿊体在热红外波段的辐射亮度后，根据普朗克公式的反函数，求得地表真实温度T S：
T S = K2/ln(K1/ B(T S)+ 1)
对于landsat 8，K1 =774.8853 W/(m2·sr·µm)，K2 =1321.0789 K。

利⽤ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math，在公式输⼊栏中输⼊：（1321.0789）/alog（774.8853/b1 +1）-273
b1：温度为T的⿊体在热红外波段的辐射亮度值。

得到真实的地表温度值，单位是摄⽒度。