实验4-地表温度反演 [兼容模式]

实验四：地表温度反演

实验四：地表温度反演

•实验目的：

1.利用辐射传输方程法对TM影像热红外波段数据进行操作反演，实

现研究区的地表真实温度的反演研究；

2.熟练掌握利用ENVI对Landsat TM数据进行预处理的方法，了解

相关辅助数据查找途径，掌握遥感定量反演常用建模处理方式。

实验四：地表温度反演

•基本原理：

1.辐射传输方程法，又称大气校正法，其基本思路为：首先利用与

卫星过空时间同步的大气数据来估计大气对地表热辐射的影响。

然后把这部分大气影响从卫星高度上传感器所观测到的热辐射总

量中减去，从而得到地表热辐射强度，再把这一热辐射强度转化

为相应的地表温度；

2.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）：

实验四：地表温度反演

•基本原理：

3. ε为地表辐射率，T S为地表真实温度，B(T S)为普朗克定律推导得到

的热辐射亮度，τ 为大气在热红外波段的透过率。则的黑体在T

S

)为：

温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(T

S

4. 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Ts：

实验四：地表温度反演

K1和K2为热红外波段的定标常数。

Landsat TM：K1=607.76（W·m-2·sr-1·μm-1），K2=1260.56 K；

Landsat ETM+：K1=666.09（W·m-2·sr-1·μm-1），K2=1282.71 K；

Landsat 8 TIRS 10：K1=774.89（W·m-2·sr-1·μm-1），K2=1321.08 K； Landsat 8 TIRS 11：K1=480.89（W·m-2·sr-1·μm-1），K2=1201.14 K。

实验四：地表温度反演

•实验步骤：

1.数据预处理：辐射定标、大气校正、研究区域裁剪等

2.植被覆盖度计算：

①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

和建设用地；

②计算公式：F

V = (NDVI-NDVI

S

)／(NDVI

V

-NDVI

S

)；

④在累计直方图中查找5%(或者选择其他阈值，这里需去除水体和裸

地部分，如NDVI=5%和95%频率的NDVI值，作为NDVIsoil和NDVIveg 值；

⑤在Band Math工具中输入公式：(b1 lt NDVIsoil)*0+(b1 gt

NDVIveg)*1+(b1 ge NDVIsoil and b1 le NDVIveg)* ((b1-

NDVIsoil)/ (NDVIveg-NDVIsoil)) 。

实验四：地表温度反演

•实验步骤：

3.地表比辐射率计算：

①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（3）（4）进行计算：

②水体像元选择为NDVI<0，自然表面选择为完全植被覆盖区域，

即NDVI>NDVIveg的像元，介于二者之间的为城镇像元

③在Band Math工具中输入公式：(b1 lt

NDVIsoil)*0.995+(b1 ge NDVIsoil and b1 le

NDVIveg)*(0.9589 + 0.086*b2 -0.0671*b2^2)+(b1 gt

NDVIveg)*(0.9625 + 0.0614*b2 -0.0461*b2^2)

④其中b1为NDVI波段，b2为植被覆盖度波段。

实验四：地表温度反演

B(TS) = [Lλ-L↑-τ·(1-ε)L↓]/τ·ε•实验步骤：

4.计算相同温度下黑体的辐射亮度值：

①在NASA官网(/)中输入成像

时间、中心经纬度，则会提供以下参数：大气在热红外波段

的透过率τ为0.74，大气向上辐射亮度L↑为2.11

W/(m2·sr·μm)，大气向下辐射亮辐射亮度L↓为3.37

W/(m2·sr·μm)。

②Band Math，在公式输入栏中输入：(b2-2.11-0.74*(1-

b1)*3.37)/(0.74*b1)

③b1为地表比辐射率，b2为TM6波段的辐射亮度值（即辐射定

标时选择Radiance）

④得到温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值

实验四：地表温度反演

Ts=K2/ln(K1/B(T S)+1)

•实验步骤：

5.反演地表温度：

①在获取温度为TS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Ts；

②对于TM5，K1=607.76 W/(m2·sr·μm)，K2=1260.56 K；对

于ETM+，K1=666.09 W/(m2·sr·μm)，K2=1282.71 K ；

对于TIRS Band10，K1= 774.89 W/(m2·sr·μm)，K2 =

1321.08 K。

③在Band Math公式栏输入：(1260.56)/alog(607.76/b1+1)-

273

④b1为温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值