遥感应用模型10 地表温度反演模型

? 若物体的光谱发射率已知，那么就可以求解对应 黑体的光谱辐射亮度，从而求解温度 T。
?受环境辐射和大气辐射传输的影响，在星载传感 器上观测到的目标的辐射亮度为
辐射亮 光谱大气 比辐射率 下行 上行
度值
透过率Leabharlann ?因此，若想获得较精确的反演温度，必须考虑 3部 分：
?将DN值精确地转换为辐射亮度值
劈窗算法
?主要利用在一个大气窗口的 两个临近红外通道， 存在与大气影响密切相关的 大气吸收、散射信息 来进行大气纠正。
? 地表温度同亮度温度和发射率之间呈线性关系。 地表温度可以用相邻的两个波段的亮度温度来线 性表示，而表达式的系数是由通道发射率决定的 ，它们不依赖于大气状况。
?劈窗算法主要是针对 NOAA/AVHRR 开发的，最初用 在海面温度反演， 20世纪 80年代开始拓展到陆地 温度反演。
?目前遥感反演地表温度的方法主要有：
?单窗算法
?劈窗算法
?多通道算法
?自然界任何高于热力学温度的物体都不断地向外 发射具有一定能量的电磁波， 其辐射能量的强度 和波谱分布的位置是温度的函数 。随着温度的增 加，总辐射能量将相应增加，辐射能量的最大波 长也将逐渐变短。
?通常我们把物体的辐射亮度 Lg与相同温度下黑体 的辐射亮度 Lb的比值称为物体的 比辐射率 ?，用它 来表征物体的发射本领。
? 劈窗算法是当前热红外遥感反演地表温度中精度 较好、应用较广的算法，可以连续提供较高精度 、较高分辨率的海面温度场。
?进一步提高劈窗算法的精度主要是通过 修正大气 影响和地表发射率 来进行的。
?单窗算法所应用的数据 TM/ETM 与多通道 NOAA 、 MODIS 等数据相比，空间分辨率较高，并且对地 表发射率的敏感性较低，单从反演的技术及精度 来讲，具有较大优势，但如果反演大区域地表温 度则需要很大的资金投人。
? 劈窗算法的一般表达式通常如下：
式中Ts是地表温度， A 和B是参数， T4和T5分别是 AVHRR 通道 4和通道 5的亮度温度，它们单位是绝 对温度（ K）。 ? 劈窗算法的另一常用表达式为：
其他表现形式
? 用NOAA9 ／AVHRR 数据的局部劈窗算法
? 将视场角变化和大气水汽含量变化考虑在内，一 种适合于NOAA11/AVHRR 和MODIS的劈窗算法
?在几大地表时空多变要素中， 地表温度是最基本的 参数， 大多数遥感模型中都需要 地表温度作为输入 参数。
?因此，如何获取准确的地表温度是一个值得研究的 问题。
?传统的地表温度测量方式主要是利用 地表温度计
? 一般分为地面温度计、直管地温计、曲管地温计 、直角地温表四种类型。
普通直管地温计
数显直管地温计
?劈窗算法是目前应用最广、最成熟的方法，精度 较高。相对而言，它不需要输入大气廓线值。但 是，劈窗算法还不完善，例如只限于晴空大气条 件下的反演，对于混合像元只能给出有效平均温 度，而没有考虑亚像元问题。
?热红外遥感机理的复杂性。 在地表热量平衡方程中 ，除了辐射通量外，还有大气湍流通量、水汽蒸发 通量和土壤热通量的作用项，给获取具有时空代表 性的真实地表温度造成了困难；
?大气对热辐射的衰减很严重 ，在热红外波段 1012.5um的窗口，卫星与地面的差异可达到 10K。
?大气窗口有 8-14um ，10-11.5um ，10-12.5um 等，劈 窗算法利用 两个相邻热红外通道 对大气吸收作用的 不同，通过两个通道测量值的各种组合来剔除大气 的影响，进行大气和地表比辐射率的修正。
?准确获取这些 大气参数 （如温度廓线、水汽廓线等 ）非常困难，而且难以保证精度，从而降低了大气 辐射传输模拟的准确性；
?海洋表面比较均一，而陆地表面状况比较复杂，对 于目标物的观测所得到的辐射亮度很容易收到周围 环境辐射亮度的影响。 现有的热红外遥感地表温度 反演算法大都是需要假设环境辐射已知或者为 0，这 样不可避免地增加了观测辐射亮度的误差。
?精确地 校正大气 影响，包括获取精确的大气透 过率，大气上行辐射亮度和大气下行辐射亮度
?获取更精确的 地物比辐射率
单窗算法
?单窗算法适用于只有一个热波段的遥感数据，主 要用于 TM6 数据进行地表温度反演。
?通常用来从 TM6 数据中反演地表温度，这一方法 需要估计大气热辐射和大气对地表热辐射传导的 影响，计算过程很复杂，误差也较大，在实际中 应用不多
?该算法已经成为 MODIS 温度产品的官方算法之一 ，在大多数情况下，温度反演的精度可以控制在 1K以内。
MODIS 地表温度的劈窗算法
其中： Ts是地表温度， T31 、T32分别是 MODIS 第 31、32通道的亮温。
亮温值计算
大气透过率计算
ρ19 和 ρ2 分别是 MODIS 第 19 和第2波段的地面反射率
第五章 热红外遥感
本章主要内容
? 地表温度反演模型
地表温度反演模型
?地表温度（ LST）是地球资源监测和地表生态环境系 统研究的重要指标之一，对水文、生态、环境和生 物地球化学等研究有重要意义。
?土壤水分的调查、森林火灾的检测、地热位置的判 别、军事伪装的应用、石油和铀矿的寻找等都离不 开陆地表面温度。
直角地温计
?传统获取地表温度的做法是采用温度计测量，所 测的结果只代表观测点的局部温度。
?遥感可以提供 二维陆面温度分布信息 并且可以 快 速同步地获取大面积区域 地表温度。
?因此利用卫星数据演算地表温度，探讨 卫星热通 道的理论及其实际应用方法 ，已经成为遥感科学 的一个重要领域。
?热红外遥感 记录的是地物发射的热辐射能量，具 有不破坏地表热力学状态的特点，用其反演陆面 温度早已被科学家重视
比辐射率计算
?在MODIS 1km的像元尺度下，像元可以粗略视作由 水体、植被和裸土 3种类型构成。
εw 、 εv 、 εs 分别为水体、植被和裸地的地表比辐 射率， 31波段为 0.992、0.9844、0.9731；32波段为 0.989、0.9851、0.9832
Pw和Pv分别为水面和植被的构成比例，水体纯像元 时， Pw=1 ，不为纯水体时 Pw=0 ，Pv按照植被覆盖 率计算。