一种地表温度多通道热红外遥感反演方法转让专利
申请号 : CN201811562345.0
文献号 : CN109446739B
文献日 : 2020-01-10
发明人 : 郑小坡 , 李召良 , 张霞 , 高懋芳 , 段四波 , 冷佩 , 尚国琲
申请人 : 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 , 河北地质大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种地表温度多通道热红外遥感反演方法,其特征在于:所述方法的整体步骤为:步骤1、获取N个通道的卫星观测亮温;
步骤2、将N个通道的卫星观测亮温进行排列,得到N*(N-1)组由两个不同通道卫星观测亮温构成的通道排列;
步骤3、从N*(N-1)组通道排列中选取M组,3≤M≤N*(N-1);对每组通道排列应用SW算法,依次消除每个通道上的大气上行辐射与大气透过率的影响,得到共M个通道的地面观测亮温;
步骤4、收集所有可用的大气信息,估算步骤3中M个通道的大气下行辐射亮度;
步骤5、基于步骤3获取的M个通道的地面观测亮温与步骤4估算的M个通道的大气下行辐射亮度,使用TES算法反演得到最终的地表温度与发射率;
所述步骤3中SW算法利用两个通道星上亮温之间的多项式关系,完成对其中一个通道的大气校正,进而反演得到该通道的地面观测亮温;
所述步骤3中,反演M个通道的地面观测亮温的具体过程如下:步骤301、利用现有大气廓线库、地物发射率库与大气辐射传输模型制作模拟数据集;
步骤302、针对步骤3中的每组通道排列,基于模拟数据集确定SW算法相应的常数系数;
步骤303、利用步骤302中获取的SW算法常数系数,反演得到共M个通道的地面观测亮温。
2.根据权利要求1所述的地表温度多通道热红外遥感反演方法,其特征在于:所述步骤
3中反演得到的M个通道的地面观测亮温不能位于9.4~10.0μm的臭氧吸收带内,并且这M个通道不能全部位于8.0~9.4μm波段范围内,也不能全部位于10.0~14.0μm波段范围内。
3.根据权利要求2所述的地表温度多通道热红外遥感反演方法,其特征在于:所述步骤
4中,可用大气信息的精度要求从宽,包括实际观测数据、再分析数据、遥感数据产品、标准大气廓线这些可用信息。
4.根据权利要求3所述的地表温度多通道热红外遥感反演方法,其特征在于:所述步骤
5中TES算法利用不同通道上地表发射率之间存在的经验关系,去掉地面观测亮温中发射率的影响,进而反演得到地表温度。
说明书 :
一种地表温度多通道热红外遥感反演方法
技术领域
背景技术
态变化信息,而且有助于土壤湿度、大气温度等水热参数的估算,它对研究全球或区域能量
平衡、气候变化、环境监测等都具有重要意义,因此地表温度成为了水文学、气象学、气候学
等许多研究领域中的一个重要输入参数。热红外卫星遥感技术提供了一种大范围获取地表
温度数据的手段,具有传统野外测量方法所不具备的高效、廉价等优势。
通道的发射率+1个地表温度),因此不管采用几个观测通道,方程数总比未知数少一。经过
数十年的研究,学者们已经发展出了很多方法来解决这一问题,这些方法在一定的假设条
件下,可以准确的从卫星遥感观测数据中反演出地表温度信息,现有的方法大致可分为四
类:单通道法、日/夜法、分裂窗法与温度/发射率分离法。其中,单通道法假设精确的大气廓
线与地表发射率信息都为已知;日/夜法不需要已知地表发射率信息,但是需要大气廓线的
形状信息,并且假设地表发射率在白天和晚上变化不大,另外该方法的精度还受日/夜影像
配准误差的影响,并且需要对方程组进行求解,方法较为复杂,不便于推广使用;分裂窗法
不需要已知任何大气信息,它可以使用两个相邻的通道去除大气影响,但是地表温度的反
演精度受输入的两个通道的发射率精度影响较大;温度/发射率分离法可以准确的对地表
温度与发射率进行分离,但是该方法需要精确的大气校正才能保障较高的精度。很明显,这
些方法都有各自的优缺点,并且都需要在已知一定先验知识的情况下,才能反演得到精确
的地表温度信息。然而,在实际应用环境中,由于可利用的大气廓线等先验知识通常来自基
于地面观测数据或基于其它卫星观测数据生产的产品,与热红外卫星观测数据之间不仅存
在空间分辨率上的差异,而且大多数情况下还存在获取时间上的不匹配问题,并且这些产
品自身也包含一定的不确定性,这些都将严重影响先验知识的精度,进而影响到地表温度
与发射率的反演精度。
发明内容
气透过率的影响,得到共M个通道的地面观测亮温;
法)反演得到最终的地表温度与发射率。
M个通道不能全部位于8.0~9.4μm波段范围内,也不能全部位于10.0~14.0μm波段范围内,
否则这M个通道上的发射率之间的对比不够明显,不能够建立TES算法所要求的M个通道上
发射率之间的一个经验关系。
窗算法,反演得到M个通道的地面观测亮温;最后在这M个通道的地面观测亮温上应用TES算
法对地表温度与地表发射率进行分离,反演得到地表温度与发射率信息。
射率,因而不必像SW算法一样需要已知精确的地表发射率信息来反演地表温度。该方法也
不需要像TES算法一样需要已知准确大气先验知识进行大气校正,放宽了现有方法的前提
假设条件,使得从多通道热红外卫星遥感数据中反演地表温度与发射率时,不再受先验知
识精度的限制。而且该方法不涉及像日/夜方法一样复杂的解方程组的过程,容易进行推广
应用。
具体实施方式
10.4和10.6μm这6个通道的地面观测亮温;其中,SW算法能够利用两个通道星上亮温之间的
多项式关系,完成对其中一个通道的大气校正,进而反演得到该通道的地面观测亮温;
数据,对每个像素的8.6、9.0、9.2、10.2、10.4和10.6μm这6个通道上的大气下行辐射亮度进
行估算;
用TES算法反演得到地表温度;其中,TES算法能够利用不同通道上地表发射率之间存在的
经验关系,去掉地面观测亮温中发射率的影响,进而反演得到地表温度。
得8.6、9.0、9.2、10.2、10.4和10.6μm这6个通道的地面观测亮温,结合所估算的大气下行辐
射亮度,最终应用TES算法对地表温度与发射率进行分离。本发明放宽了现有方法的前提假
设条件,可以从多通道卫星观测亮温中直接反演得到准确的地表温度与发射率,使得从多
通道热红外卫星遥感数据中反演地表温度与发射率时,不再受先验知识精度的限制。
术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于
本发明的保护范围。本发明中的所使用的观测通道个数及位置不限于8.6、9.0、9.2、10.2、
10.4、10.6、11.0、11.3和12.5μm这9个,通道宽度不限于0.1μm,通道组合也不限于(T8.6μm,
T12.5μm)、(T9.0μm,T12.5μm)、(T9.2μm,T12.5μm)、(T10.2μm,T11.3μm)、(T10.4μm,T11.3μm)和(T10.6μm,T11.0μm)这6组,采用其他涉及通道组合计算地面观测亮温,进而反演地表温度与发射率的变化均在
本发明保护范围内。
明的保护范围。