遥感应用模型地表温度反演模型
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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。
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。
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
比辐射率计算
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。
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。
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
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 ➢精确地校正大气影响,包括获取精确的大气透
无论是单窗算法还是劈窗算法,它们都有一个共同 的缺陷,就是只把像元看成同温同质体,反演得到 的陆面温度只是像元的等效温度或平均温度。
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
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
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。
大家好
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。
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Hale Waihona Puke Baidu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
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;
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
直角地温计
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。
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。
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
比辐射率计算
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。
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。
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
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 ➢精确地校正大气影响,包括获取精确的大气透
无论是单窗算法还是劈窗算法,它们都有一个共同 的缺陷,就是只把像元看成同温同质体,反演得到 的陆面温度只是像元的等效温度或平均温度。
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
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
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。
大家好
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。
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Hale Waihona Puke Baidu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
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;
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
直角地温计