单窗算法温度反演

(1)
Tb是卫星上的亮度温度(K)
TS是地表温度(K)
I↓和I↑分别表示大气下行和上行辐射
τ和ε分别为大气透过率和地表发射率
3、地表温度反演的原理及单窗算法
3.2.2单窗算法的基本方程 由式（1）进一步推导得出单窗算法的方程：
TS=[a(1-C-D)+(b(1-C-D)+C+D)Tb–D*Ta]/C (2)
具体参考： 华相北对地湿区度水汽总量特征及其与地面水汽压关系 可降水量与地面水汽压力的实关际系水_汽张压学文 大气柱含水量 用量饱地方和面法水湿的汽度研压参究_量杨计景算梅我国整层大气可降水量及有效水汽含
3、地表温度反演的原理及单窗算法
此处Ta的计算也可以利用其它方法
3、地表温度反演的原理及单窗算法
(2) τ的求解 覃志豪利用LOWTRAN7建立了透过率τ和总水汽含量w的 经验关系，因此可以利用下面关系计算：
由上可见大气水汽含量在单窗算法中很重要。
影响大气透过率的因素很多，为什么只考虑水汽？
3、地表温度反演的原理及单窗算法
可是从气象数据获得的大气水汽含量都是相对湿 度，并不是以g/cm2为单位的单位截面大气柱含水 量 气象数据中的相对湿度一般是地面2m处空气中水 汽压与饱和水汽压的比 可参考已有文献中建立的地面水汽压与单位截面 大气柱含水量的关系来计算
1.3地热资源调查
热红外遥感图像还能直观地显示地热资源的分布
地表温度约300K，而地下热源昼夜不断向外传输都使 地表的温度高于300K
1.4城市环境
城市热岛效应
城市热岛与城市下垫面关系
1.5气象
目前的气象卫星基本上都搭载了热红外波段探测器， 获得的图像经过处理分析后用于气象预报
1、地表温度反演的应用 2、地表温度反演的研究现状 3、温度反演基本原理及单窗算法 4、单窗算法的实现流程与应用
2各层大气温度Tz可利用地表实测气温T0，再由对流层 中温度与高度的关系计算
w和T0都可以从实测气象资料获得或计算得到
3、地表温度反演的原理及单窗算法
(1) Ta 的求解 由上面分析，覃志豪给出了求算Ta的方法： 中纬度夏天： Ta =16.0110+0.92621 T0 中纬度冬天： Ta =19.2704+0.91118 T0 注意此处温度的单位都是K，要将摄氏温度T0转化成K
2、地表温度反演的研究现状
2.2反演的方法
单波段方法 双波段方法 多波段方法 多角度方法 多波段多角度方法
方法也是由于温度反演面临的问题决定的
2、地表温度反演的研究现状
2.3温度反演的发展趋势
（1）理论反演方法的进一步改善 （2）比辐射率的直接测量，建立地物比辐射率信息
的先验知识库 （3）多角度、多光谱和多时相以及多源数据的结合 （4）非同温象元的研究
Ta是大气平均作用温度(K)，Tb 、TS意义同上 a、b为常数，对于温度0-70℃，a=-67.355351,b=0.458606 C= ε* τ D=(1- τ)[1+(1- ε) τ] 由上述可知， Ta 、τ和ε为三个关键参数
3、地表温度反演的原理及单窗算法
3.2.3三个关键参数Ta 、τ和ε的求解 Ta 、τ的求解都离不开卫星过境时的大气廓线(主要是
2、地表温度反演的研究现状
2.1温度反演的发展
20世纪60年代发射TIROS-Ⅱ以来，人们开始用卫 星热红外波段测量海面温度。随着遥感技术的不 断发展，卫星数据质量的不断提高，利用气象卫 星资料(如NOAA/AVHRR等)获取海面温度的技术 逐渐趋于成熟。海面温度遥感反演技术的成功， 使得陆面温度遥感反演成为遥感领域又一个研究 的热点 (祝善友，2006)。
温度和水汽分布)数据，然而某一地区实测的数据较难获 得，与卫星同步的就更难以获得，因而考虑用标准大气廓 线。
覃志豪通过对USA1976、热带、中纬度夏季(春夏)、 中纬度冬季(秋冬)四个标准大气廓线进行分析提出了求解 Ta 、τ的方法。
3、地表温度反演的原理及单窗算法
（1）Ta 的求解 Ta可由右式求解
M(T)=σT4
修正的斯特潘-玻尔兹曼定律M(T)=εσT4
还有维恩位移定律和基尔霍夫定律，不做过多介绍
3、地表温度反演的原理及单窗算法
3.2单窗算法介绍（a mono-window algorithm,Z.Qin）
3.2.1遥感热辐射传输的基本方程 传感器接收到的辐射亮度可以表达为：
B(Tb)=τ[εB(TS)+(1-ε)I↓]+I↑
1、地表温度反演的应用 2、地表温度反演的研究现状 3、温度反演基本原理及单窗算法 4、单窗算法的实现流程与应用
3、地表温度反演的原理及单窗算法
3.1物理原理
3.1.1普朗克公式
MλT 单位是W·m-2·μm-1
MλT
2hc2
5
e
hc
k T
1
Bλ(T)的单位是W·m-2·μm-1·Sr-1 对于实际物体则表示为 εBλ(TS) 3.1.2斯特潘-玻尔兹曼定律
Ta
1 w
w
水汽含量(g/cm2)，w(z,Z)是高度z处的
水汽含量，Tz是高度z处的温度。上式也可写作：
Ta
1 w
m z0
Tz
w( z )
式2.2
m是所分的大气层数，一般至15Km，主要考虑对流层
1各层水汽含量可利用各层水汽含量w(z)与总水汽含量w 的比率R，再由总水汽含量来计算(R由标准大气廓线得来)
地表温度反演
——以单窗算法为例
报告内容
1、地表温度反演的应用 2、地表温度反演的研究现状 3、温度反演基本原理及单窗算法 4、单窗算法的实现
1、地表温度反演的应用
地表温度是监测地球资源环境动态变化 的重要指标之一，唯有遥感可以提供二维 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。
1.1地震预报
1988年，前苏联学者Gomy、Tronin等分析中亚地区 的地震卫星热红外遥感图像时意外发现，该地区的一些中 强地震震前，卫星红外图像上存在热异常现象，且与断裂 构造的活动有关。
1.2旱情检测
热红外遥感技术监测土壤水分和干旱主要是应用热惯 量模式，热惯量是土壤阻止温度变化的一个度量，反映了 土壤的热学特性，土壤热惯量和土壤含水量存在相关关系。