地表温度反演

地表温度反演

目录

一：单窗算法 (3)

1.1实验原理 (3)

1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程： (3)

1.1.2化简后最终的单窗体算法模型为： (3)

1.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计 (3)

1.1.4大气透射率t6的估计 (3)

1.1.5地表比辐射率的估计 (4)

1.1.6像元亮度温度计算 (4)

1.1.7遥感器接收的辐射强度计算 (4)

1.2操作步骤 (5)

1.2.1研究区示意图 (5)

1.3实验结果 (7)

1.3.1灰度图像 (7)

1.3.2密度分割后图像 (7)

二：单通道算法 (8)

2.1实验原理 (8)

2.1.1单通道算法模型为： (8)

2.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计 (8)

2.1.3大气透射率t6的估计 (8)

2.1.5像元亮度温度计算 (8)

2.1.6遥感器接收的辐射强度计算 (9)

2.2操作步骤 (9)

研究区示意图 (9)

2.2.1计算L6 (10)

2.2.2T6e6的求算 (10)

2.2.3计算R (10)

2.2.4计算t (10)

2.3实验结果 (11)

2.3.1温度反演灰度图像 (11)

2.3.2密度分割后的图像 (11)

三：辐射方程 (12)

3.1实验过程 (12)

3.1.1数据准备 (12)

3.1.2地表比辐射率的估计 (12)

3.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值 (12)

3.1.4反演地表温度 (13)

3.2温度反演结果 (13)

一：单窗算法

1.1实验原理

1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程：

B6(T6)=t6(q)[ ε6B6(Ts)+(1-ε6)I6~]+I6_

Ts是地表温度；

T6是TM6的亮度温度；

t6是大气透射率；

ε6是地表辐射率。

B6(T6)表示TM6遥感器所接收到的热辐射强度；

B6(Ts)是地表在TM6波段区间内的实际热辐射强度，直接决取于地表温度；

I6~和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。

1.1.2化简后最终的单窗体算法模型计算Ts（地表温度）：

Ts={a(1-C-D)+[b(1-C-D)+C+D]T6-DTa}/C

式中

C6=τ6ε6(ε6为比辐射率，τ6为透射率）

D6=(1-τ6)[1+t6(1-ε6)]

a =-67.355351，b=0.458606

1.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计

温度换算：T＝t＋273.15

本图为9月份拍摄，对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0

取平均气温为25摄氏度时Ta = 312.15753

1.1.4大气透射率τ6的估计

τ6=0.974290-0.08007w，0.4≤w≤1.6。

w为水分含量，单位(g/cm2)，这里，取w=1.0，计算得到τ6=0.89422

1.1.5地表比辐射率ε6的估计

典型地表类型的比辐射率

Ndvi<=0 水体，εw=0.995

NDVI>0 陆地（surface）εsurface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv^2

Pv=[(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)]2=NDVI^2/0.49

(NDVI>0 and NDVI <0.70)

式中NDVI 为归一化植被指数,

取NDVIv=0.70 和NDVIs=0（分别取自5%及95%数据）

e w算法：0.995*(b1 le 0)

Pv算法：((b1*b1)/0.49)*(b1 gt 0 and b1 le 0.7)

e surface算法：(0.9625+0.0614*b1-0.0461*b1^2)*(b2 gt 0)

e6算法：e w+e surface

1.1.6像元亮度温度T6计算

T6=K2/ln(1+K1/L6)

其中：K1=607.76，K2=1260.56（覃志豪，用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法）；

L6为遥感器接收的辐射强度。

1.1.7遥感器接收的辐射强度L6计算

L6=(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238 （覃志豪，用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法）；b1为第六波段像元灰度值（DN值）。

LMAX_BAND6 = 15.303

LMIN_BAND6 = 1.238

1.2操作步骤

1.2.1研究区示意图

1.2.2计算L6

ENVI->Basic Tools->Band Math

在Enter an expression中输入(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238，点击Add to List. 选中刚才输入的公式，点击OK。

选中B1变量，在Available Bands List中选Band6，保存文件名为L6，点击OK。

1.2.3计算T6（同计算L6,只是计算公式不同）。

1.2.4计算C6（同计算L6,只是计算公式不同）。

1.2.5计算D6（同计算L6,只是计算公式不同）。

1.2.36计算Ts

同计算C6相同，在Enter an expression中输入：

(((-67.355351*(1-b1-b2)+(0.458606*(1-b1-b2)+b1+b2)*b3-b2*292.15753)/b1-273.15))，点击Add to List.

选中b1变量，在Available Bands List中选择C6，

选中b2变量，在Available Bands List中选择D6，

选中b3变量，在Available Bands List中选择T6，保存文件名为Ts ，点击OK。