Landsat8地表温度反演算法研究

介绍了Landsat8地表温度反演算法。利用单窗算法和分裂窗算法分别对Landsat8的两个热红外波段进行了地表温度反演,并通过ENVI-met的模拟温度进行精度验证。结果表明,分裂窗算法和第10波段的单窗算法拥有更高的精度。     

地表温度反演方法

选用分裂窗算法,采用两因素模型对吉林省西部MODIS数据进行了连续3年的地表温度反演。通过对MODIS数据波段选取,分别计算星上亮度温度,采用基于植被指数与地表分类相结合的方法得到地表比辐射率,根据MODIS数据计算得到大气水汽含量,利用大气辐射传输模型得到大气透过率,最后,通过分裂窗算法模型反演出地表温度。实验结果表明,该方法能够获得较合理的地表温度反演结果,对农业旱灾动态监测具有一定应用价值。     

NOAA/AVHRR的分裂窗算法在地表温度反演中的应用

以吉林西部为研究区域,建立以NOAA／AVHRR卫星资料进行地表温度反演的参数化模型。利用2000年7月5日的AVHRR资料,在4种常见地表温度反演分裂窗算法的对比分析基础上,选用Coil和Caselles提出的分裂窗算法,获得研究区地表温度,为地表蒸发量遥感计算提供必要的地球物理参数。     

利用分裂窗算法提取晴空导风示踪物的数值模拟与应用

气象卫星热红外通道能够探测到晴空区域内由大气水汽、沙尘气溶胶等物质含量分布不均所导致的微弱的纹理信息,通过追踪水汽和沙尘气溶胶纹理的移动可以反演出风场。然而这些信号很容易受地表温度变化的影响,需使用合适的算法来减弱地表温度干扰、提取微弱的示踪物信号。本文结合分裂窗差值理论,对使用分裂窗差值算法提取晴空区微弱示踪物信号进行数值模拟分析,并应用于晴空区风场的实例反演。数值模拟图像的结果显示,分裂窗差值算法可以削弱地表对示踪物信号的影响,突出水汽和沙尘气溶胶的分布特征,验证了分裂窗差值法的可行性与优越性。实例分析也表明,使用分裂窗差值图能够反演出单通道云图难以得到的晴空区低层风场,且反演结果与NCEP风场资料比较一致。     

利用MODIS数据分析山东半岛陆面温度的季节变化

探讨了MODIS数据的地表温度反演方法——分裂窗算法,该算法仅需要两个基本参数,大气透过率和地表比辐射率。这两个参数都可从同一景MODIS图像数据中直接反演出来,并保持较高的反演精度。利用该算法,反演了山东半岛的地表温度,并分析了该地区地表温度的季节变化和城市热岛强度。     

基于IDL的MODIS 1B数据雪面温度反演

对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要介绍,通过交互式数据语言(IDL)编程,实现了直接利用MODIS lB数据的雪面温度反演,并将反演结果存贮为标准的HDF文件格式,以供其他软件使用。以我国新疆北部(北疆)为例,将该算法的反演结果与气象站雪面温度观测资料进行对比,结果表明:系统反演得到的雪面温度分布规律与气象观测资料是一致的,反演的平均误差为1.73℃,基本反映了北疆地区的雪面温度分布情况。     

劈窗和单窗算法对泰安市热岛效应分析的适宜性研究

为了探讨特定城市在热岛效应中的地表温度反演的有效方法,本文分别基于TM与MODIS影像并采用了目前较为成熟的单窗和劈窗算法对泰安市的地表温度进行反演,将泰安市各气象观测站的实测温度数据与两种算法的温度反演结果进行验证,通过反演结果对比分析,证明劈窗算法精度更高。并且,采用10年间的多期MODIS影像对泰安市热岛效应分析的劈窗算法的可行性和优势进行了普适性验证。实验结果证明,针对处于山区且地势起伏较大的泰安地区,劈窗算法能较好地减弱或消除上空大气含水量高对温度反演的影响,同时还能更好地获取地表比辐射率和大气透过率,而且反演温度的分布规律也符合研究区地貌和类型要素特征。最后,本文就分析结果给出了泰安市产生热岛效应的主要原因,并认为该区域城市化过程中的城市热岛效应正在进一步加剧。     

Landsat卫星热红外数据地表温度遥感反演研究进展

作为驱动地表与大气之间能量交换的关键物理量,地表温度在众多领域中都发挥着重要作用,包括气候变化、环境监测、蒸散发估算以及地热异常勘探等。Landsat热红外数据因其时间连续性和高空间分辨率等特点被广泛应用于地表温度反演中。本文详细地介绍了Landsat热红外传感器及其可用的数据与产品的现状,梳理了2001年—2020年20年间基于Landsat热红外数据的地表温度遥感反演与应用的相关文献发表及互引情况,系统地综述了基于Landsat热红外数据的地表温度反演算法,包括基于辐射传输方程的算法、单窗算法、普适性单通道算法、实用单通道算法和分裂窗算法等。在此基础上,进一步介绍了每种算法的参数化方案,包括地表比辐射率和大气参数的估算方法。最后针对Landsat热红外数据地表温度遥感反演提出了未来可能的发展趋势与研究方向。     

用MODIS数据和分裂窗算法反演内蒙古地区的地表温度

地表温度是气象、水文、生态等研究中一个重要参数。大气透过率和比辐射率是分裂窗算法的两个重要输入参数,本文利用MODIS数据的可见光波段(band1)和近红外波段(band2、19)计算该两个参数;再利用MODIS数据的两个热红外波段(band31、32)和分裂窗算法对内蒙古地区地表温度进行了反演;结果表明,遥感反演出来的地表温度的空间分布与内蒙古气候区地空间分布具有高度的一致性,能直观地反应内蒙古地区地表温度的空间分布特征。     

用8.0~9.3μm遥感数据反演地温的分裂窗算法性能分析

新一代"图谱合一"的星载遥感传感器"推扫式宽视场成像光谱仪"设置了CH18(8.125~8.825μm)和CH19(8.925~9.275μm)这2个波长在10μm以内的热红外通道用于地温反演。为了验证传统的针对10~14μm大气窗口的分裂窗算法在8.0~9.3μm大气窗口的适应性,介绍了基于Sobrino,FrancaCracknell和Becker算法的3种分裂窗算法;针对8.0~9.3μm大气窗口的分裂窗波段设置进行了参数计算公式的修正;并结合MODTRAN提供的热带模型、中纬度夏季模型、中纬度冬季模型、极地夏季模型、极地冬季模型和1976美国标准大气等6种标准大气模型,验证了各算法的地温反演精度。结果表明,FrancaCracknell和Becker算法的误差在2 K以内,可以较好地移植于CH18和CH19的分裂窗反演地温;但现行的3种分裂窗算法都难以保证地温误差小于1 K的要求。     

用NOAA-AVHRR热通道数据演算地表温度的劈窗算法

气象卫星NOAA-AVHRR有两个热通道用来监测地球表面温度。劈窗算法是用这两个热通道数据演算地表温度的最常用方法。近10年来,国际遥感界已经提出了10多种劈窗算法。本文主要介绍这些劈窗算法,并比较它们的演算精度,重点放在这些算法的具体计算方面,以便有关同行在需要计算地表温度时有选择地应用.     

采用ASTER影像进行地表温度反演与分析

基于ASTER遥感影像数据,运用劈窗算法对重庆市主城区进行了地表温度反演,得出重庆市主城区地表温度空间分布规律,结果表明重庆市主城区地表温度明显比郊区地表温度高,城区与近效温差达6.34℃,城市热岛效应明显。     

地表发射率不同的估算方法对地表温度的影响

随着遥感技术的日益成熟,用热红外波段反演地表温度的方法也日趋完善,其中一个关键参数--地表发射率的估算,直接影响着地表温度的反演结果。基于TM6的热红外波段,分别采用最常用的Van的地表发射率估算方法和综合了覃志豪与Sobrino的估算方法,对北京地区的地表温度进行了反演,并在此基础上对这2种估算方法所得结果进行了比较,从而为找出更为有效的地表发射率估算公式提供依据。结果表明,对于农林地2种估算方法都比较适合,但是对于水体和城市等人口密集地区,则需要和当地的实测数据进行比对,从而确定更为合适有效的估算方法,以得到更为精确的地表温度结果。     

利用ATSR—2数据提取地表组分温度

发展了一种迭代算法，能够利用ATSR－2双角观测同时进行大气校正和反演地表的组分（植被和土壤）温度。在算法中，全球通用二次方（QUAD）算法用于进行大气校正，LSF模型用于计算等效方向发射率，通过迭代的方法，同时反演地表组分温度和进行大气校正。结果表明，在可接受的范围内，土壤温度和植被温度可以被分离开来，而且，反演出的两个方向发射率的差和经过大气校正后的两个方向亮温的差有很好的相关性。更进一步的敏感性和不确定性分析表明，如果利用USM进行分阶段反演，可以得到更好的结果。     

中国陆地区域陆表温度业务化遥感反演算法及产品运行系统

地表温度反演的裂窗算法已成功应用于NOAA系列卫星热红外遥感数据。目前，裂窗算法中应用较为广泛的一种是Becker等人于1990年提出的局地裂窗算法，主要是通过辐射传输模型模拟不同地表条件和大气状况下，地表温度和发射率对红外辐射亮温的影响，从而发展出一个利用AVHRR4，5通道亮温数据反演地表温度的线性模型。在晴空无云和地表比辐射率能精确估算的情况下，Becker算法反演地表温度的精度在1K以内。Becker算法用Lowtran程序模拟计算地表辐射量，且模型中参数主要针对NOAA-9传感器特性得到。本文在Becker算法的基础上，针对NOAA-16／17传感器热红外通道光谱响应函数特性，利用最新的、计算光谱分辨率更高的MODTRAN程序模拟不同大气状况下，不同地表温度和发射率对NOAAAVHRR4，5通道辐射亮温响应特性的影响，改进Becker算法中模型参数，使之能适用于NOAA-16／17热红外数据。同时，本文利用植被指数NDVI，在中国陆地区域lkm分辨率最新地表分类数据的基础上，得到模型中需要的地表比辐射率参数，将改进的模型应用于1km分辨率NOAA17数据，得到了旬合成中国陆地区域范围地表温度，通过地面气象台站实测数据对比验证．取得了较好的结果。     

基于大气温度和水汽含量改进HJ-1B地表温度反演

为了提高地面气象站稀少地区地表温度遥感反演的精度,本文基于多源遥感数据的优势,首先利用MODIS影像获取研究区像元尺度上平均大气水汽含量;然后利用同时相的HJ-1B影像估算区域地表比辐射率,再采用温度-植被指数法获取近地表大气温度;最后将以上3个参数输入单窗体算法,改进其地表温度反演的精度。研究结果表明,改进单窗体算法反演地表温度与地面实测温度的偏差小于1 K,为地面气象站点稀少的植被覆盖区域提供了一种可行的精确遥感反演地表温度方法。     

利用单窗算法反演Landsat 8 TIRS数据地表温度

以Landsat 8为数据源,并结合地表发射率、大气透过率等参数遥感估算方法,提出了针对TIRS 10数据的单窗算法TIRS10_SC,并开展了研究区的地表温度反演3种单窗算法的对比研究。结果表明,TIRS10_SC算法紧密结合Landsat8 TIRS传感器的特性,通过遥感估算城区下垫面的地表发射率、大气透过率等特征,可以较为准确地估算出地表不同覆被类型的温度;裸土与水泥下垫面等相对均质的下垫面的温度反演效果稍好,TIRS10_SC算法和Q_SC算法其平均误差为0.60℃,JM_SC算法其平均误差为1.01℃;对于植被下垫面,TIRS10_SC算法和Q_SC算法其平均误差为1.48℃,JM_SC算法其平均误差为1.26℃,为了提升城区植被下垫面温度反演精度,应该进一步准确地量化其发射率特性。     

基于MODIS数据的长株潭地区城市热岛时空分析

基于MODIS影像,采用分裂窗算法反演的地表温度对长株潭地区城市热岛空间分布与季相变化特征、影响因子进行定量研究。结果表明,长株潭地区春季和夏季存在明显的城市热岛效应,而冬季和秋季城市热岛并不明显;地表覆盖类型对城市热岛的影响十分明显,长株潭地区春、夏、秋季植被绿地状况与城市热岛呈现明显负相关分布,其中以夏季最为明显,夏季地表温度与NDVI相关系数的平方R2达到0.8193,即植被覆盖对城市地表温度的影响显著。因此,城市植被的分布与季节变化影响着城市热岛的强度与时空分布,揭示出植被绿地对降低城市热岛效应具有重要的作用,大范围的绿地建设能有效降低城市热岛效应。