遥感概论实验3_地表温度反演

步骤：


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1：反射波段与热红外波段采样位一样空间大小 (60m)，Basic Tools—>Resize Data(Spatial/Spectral ); 2、反演地表真实反射率； 3、求解NDVI 4、地表比辐射率 5、大气上星、下行亮度及大气透过率 6、温度反演 7、温度密度分割（成图）
(float(b4)-float(b3))/(float(b4)+float(b3))，b4\b3为TM/ETM+4,3波段反射率 (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0))，b1为NDVI
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第２步：地表比辐射率计算

（1）植被覆盖度计算
FV NDVI NDVIS / NDVIV NDVIS NDVIV 0.7, NDVIS 0 NDVI 0.7 FV 1 FV NDVI / 0.7

(2)ENVI

Band Math计算 NDVI,FV
1,2e-3 1,0e-3 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
Luminance spectrale -2 -1 -1 (W cm sr 祄 )
波长（μ m Longueur d'onde (） 祄)
透过大气窗口的光谱辐射能量
sensor 0 B ( , ) = [ ( ) B (Ts ) + b , ( s , s ; , ) Es , ( s )
L B T 1 L L s
BT
s L



L

1 L

/

第４步：反演地表温度
(1260.56)/alog(607.76/b1 +1)-273
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ENVI下利用ETM+数据反演地表温度 第５步：温度密度分割
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ENVI下利用ETM+数据反演地表温度 第１步：数据准备

热红外数据使用的是Landsat的第六波段，已经做了传感器定标、几何校正、大气 校正和工程区裁剪，详细流程参考流程图。 经利用主菜单->Basic Tools->Resize Data（SFatial/SFectral）重采样为60米分辨 率，与TMi6数据保持一致，文件名为：TM-NDVI-60m.img
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孔祥生 遥感概论实验
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亮温温度和真实温度比较

大气层顶亮温温度 地表真实温度 通过差值进行比较 理论上：真实温度大于亮温温度。
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资源与环境遥感
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遥感图像处理_实验3
地表温度反演
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一、实验目的

通过本次实验达到如下目标：

地表温度反演计算的基本原理； 掌握地表温度反演的计算方法； 不同地物地表温度特征。
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实验课时

3课时
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地表温度反演试验



地表温度作为地球环境分析的重要指标，而遥 感技术作为现代重要的对地观测手段，使得基 于遥感图像的地表温度反演的研究越来越多。 主要的地表温度反演方法有：大气校正法，单 窗算法，单通道法等等。 本实验介绍用辐射传输方程法对地表温度进行 反演。
Luminance spectrale -2 -1 -1 (W cm sr 祄 )
波长（μ m ） Longueur d'onde ( 祄 )
透过大气窗口的光谱辐射能量
surface B ( , )
= +
0 ( ) B (Ts )
+
b , ( s , s ; , ) Es , ( s )
K2 273 T K1 ln( 1) L
方法2：单窗算法

覃志豪等（2001）
TS 67.355 C D 1 T6 0.4414 C D 0.4586 D Ta / C

Байду номын сангаас
式中：
TS — 地表真实温度 Ta — 大气温度 C D 1 - 1 1 -
资源与环境遥感
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方法2 ：单窗算法—步骤

1）计算亮温

根普朗克黑体辐射定律公式，利用Landsat TM6 计 算。

2）计算大气透过率 3）计算大气温度 4）地表比辐射率
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Landsat TM/ETM+6反演地表温度
atm ( , ; , ) L ( ) cos d b ,
1,2e-3 1,0e-3 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
Luminance spectrale -2 -1 -1 (W cm sr 祄 )
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遥感辐射能量传输方程 辐射能量传输
surface B ( , )
1.2e-3 1.0e-3 8.0e-4 6.0e-4 4.0e-4 2.0e-4 0.0 2 4 6 8 10 12 14
=
0 ( ) B (Ts )
Luminance spectrale -2 -1 -1 (W cm sr 祄 )
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ENVI下利用ETM+数据反演地表温度


(float(b4)-float(b3))/(float(b4)+float(b3)) (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0)) (b1 le 0)*0.995+(b1 gt 0 and b1 lt 0.7)*(0.9589 + 0.086*b2 0.0671*b2^2)+(b1 ge 0.7)*(0.9625 + 0.0614*b2 - 0.0461*b2^2) (b1-1)*(15.303-1.238)/254+1.238 (b2-3.39-0.6*(1-b1)*5.12)/(0.6*b1) (1260.56)/alog(607.76/b1 +1)-273 (1282.71)/alog(666.09/b1 +1)-273
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资源与环境遥感
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方法1：传统方法

地表比辐射率估算。 根据NDVI来计算
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Landsat TM6地表物体温度反演
Lmax Lmin L (QDN Qmin ) Lmin Qmax Qmin
Longueur d'onde (祄 )
波长（μm）
透过大气窗口的光谱辐射能量
surface B ( , )
=
0 ( ) B (Ts )
+
b , ( s , s ; , ) Es , ( s )
1,2e-3 1,0e-3 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14
波长（μ Longueur d'onde (m 祄） )
透过大气窗口的光谱辐射能量
sensor 0 B ( , ) = [ ( ) B (Ts ) + b , ( s , s ; , ) Es , ( s )
+
atm ] ρ ( θ , ; θ , ) L ( θ ) cos θ d ω λ b,λ


选择Tools->Color MaFFing->Density Slice，单击Clear Range按钮清 除默认区间。 选择OFions->Add New Ranges，增加以下四个区间：
39℃以上，红色 35℃至39℃，黄色 30℃至35℃，绿色 l低于30℃，蓝色
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B Ts L L 1 L /



未知数（4个）：
L , L , ,
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方法1：传统方法

, L , , ); 大气校正是根据大气影响的估计值 ( L 通过网站获取3参数值,无法通过此网站获得。 http://atmcorr.gsfc.nasa.gov/
— 大气透过率 — 地表比辐射率
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方法2：单窗算法

共需要计算4个参数：
TS — 地表真实温度 Ta — 大气温度
— 大气透过率 — 地表比辐射率
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亮温：物体的辐射能量用同辐射量的黑体温度 表示
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ENVI下利用ETM+数据反演地表温度


(3)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。本试验采取以下方 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（1）（2）进行计算： εWater=0.995 εsurface = 0.9625 + 0.0614FV - 0.0461FV^2 (1) εbuilding = 0.9589 + 0.086FV - 0.0671FV^2 (2) 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。 ENVIBand Math (b1 le 0)*0.995+(b1 gt 0 and b1 lt 0.7)*(0.9589 + 0.086*b2 - 0.0671*b2^2)+(b1 ge 0.7)*(0.9625 + 0.0614*b2 - 0.0461*b2^2) b1=NDVI,b2=FV
+
1,2e-3 1,0e-3 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6
atm atm ] atm + ( , ; , ) L ( ) cos d L b ,
Luminance spectrale -2 -1 -1 (W cm sr 祄 )

数据源：L5119034_03420090622_MTL.txt LMAX_BAND6 = 15.303 LMIN_BAND6 = 1.238
地表温度反演公式

Landsat TM

K1=607.76 K2=1260.56

Landsat ETM+

K1=666.09 K2=1282.71 地表比辐射率（发射率），不同地物类型其不同， 其取值精度影响着地表温度反演的精度。


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ENVI下利用ETM+数据反演地表温度 第３步：计算相同温度下黑体的辐射亮度值

大气在热红外波段的透过率τ为0.6，大气向上辐射亮度L↑为3.39 W/(m2·sr·μm) ，大气向下辐射亮辐射亮度L↓为5.12W/(m2·sr·μm)。 (b1-1)*(15.303-1.238)/254+1.238，b1＝DN (b2-3.39-0.6*(1-b1)*5.12)/(0.6*b1),b2=亮度,b1=比辐射率
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10
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波长（μ Longueur d'onde (m 祄） )
地表温度反演基本理论

大气层顶入瞳处亮度：
L BTs 1 L L DN DN min


Lmax Lmin Lmin DN DN max min

普朗克定律：