作物蒸散发模型研究中的地表温度反演

针对美国加州Merced县2002年8月9日的ETM+影像,利用单窗温度反演算法反演了遥感蒸散发模型S SEBI中的地表温度参数。选用了ETM+热红外的高增益61波段,对热红外波段反射率较低的植被覆盖研究区进行了地表温度反演,并反演地表温度所需要的几个参数：亮度温度、地表比辐射率、大气透射率。最后得出了研究区域地表温度分布结果：水体地表温度低于植被作物,建筑或道路的地表温度最高。不同地物间地温是不同的,作为蒸散发反演的重要参数,这将影响不同地物蒸散发估算。因此精确反演地表温度,将为今后蒸散发的研究打好基础。     

MODIS数据反演地表温度的参数敏感性分析

在利用MODIS卫星遥感数据进行地表温度反演过程中，有两个基本参数需要确定，即地表比辐射率和大气透过率，尽管采用了比较合理的参数估计方法，但仍会有一些不可避免的因素导致误差的产生。为了进一步研究可能的参数误差对地表温度反演精度的影响，我们对该算法的两个参数进行敏感性分析。结果表明，当31、32两个波段的参数估计都有中等误差时，可能的地表温度误差对大气透过率和地表比辐射率都不敏感，所引起的地表温度误差大约为0．6～0．8℃，算法能够得到较高精度的地表温度反演结果。     

MODIS数据地表温度反演劈窗算法比较

针对MODIS数据,分析比较了QIN和Wan-Dozier两种劈窗算法地表温度(LST)反演精度和误差分布。首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合TIGR大气廓线数据,评价两种算法绝对精度,然后基于误差传递理论分析评价二者的总精度,最后对两种算法的LST反演结果进行比较。研究表明针对所有廓线数据,两种算法绝对精度相差不大,但Wan-Dozier算法绝对精度受地表温度和水汽含量变化的影响程度要大于QIN算法;两种算法总精度相差不大,且主要误差源均为算法绝对精度和地表比辐射率精度,QIN算法反演结果对地表比辐射率的敏感性要略高于Wan-Dozier算法;两种算法得到研究区LST分布情况基本一致,均可表现空间LST分布差异,其中水体和裸土的LST反演结果差异较大,城镇和植被平均温度差异在0.5 K以内。     

基于静止气象卫星数据的地表温度遥感估算

基于分裂窗算法和地表温度日周期变化模型,探讨了利用多时相热红外遥感数据反演地表温度的方法。首先,利用分裂窗算法及地表温度日周期变化形式,推导了多时相遥感数据反演地表温度的方法。其次,利用辐射传输模型(MODTRAN),以2006年夏季在禹城观测的3 d地表温度、气温及大气水汽数据做为输入参数、变化观测角及比辐射率,模拟了一日多个时刻与风云二号(F-2D)波谱响应函数一致的亮温数据,基于此,模拟数据库对所提算法进行了检验。最后,利用2010年9月30日FY-2D多时相热红外数据对新疆区域地表温度进行了反演,并与相应时刻的MODIS地表温度产品进行了比较。结果表明：利用模拟遥感数据反演地表温度,模拟值与估算值的相关系数达0.9,均方根误差在1.5 K以内;利用在轨FY-2D热红外数据反演得到的地表温度与MODIS温度产品趋势基本一致,两者的相关性达到了0.5,均方根误差为4.4 K。需要说明的是,此方法仅满足于晴朗无云的条件。     

喀斯特城市地表温度遥感反演算法比较

针对喀斯特城市快速扩展所引发的热环境问题,提出喀斯特山峰混合像元比辐射率估算方法,使Landsat 8遥感数据的地表温度反演算法适用于喀斯特城市,利用5种单通道算法和劈窗算法反演地表温度,分析反演精度和敏感性因子。结果表明:在我国南方喀斯特地区大气水分含量较高的情况下,单通道算法比劈窗算法精度更高,Jimenez单通道算法(JSC)和覃志豪单窗算法(QMW)更适用于喀斯特城市地表温度反演,反演值和实测值的误差在1.0℃内。反演地表温度的统计值以JSC算法与QMW算法相近,平均值的差值为0.26℃,标准差的差值为0.01℃,建筑和裸岩温度平均值的差值分别为0.43℃和0.54℃,高于水体和茂密植被;Jimenez劈窗算法与Rozenstein劈窗算法相近,平均值的差值为1.14℃,标准差的差值为0.19℃;Weng单通道算法在劈窗算法与JSC和QMW算法之间。各算法对比辐射率ε较敏感,ε每增加0.01,地表温度反演值误差增加0.4～0.7℃;除QMW算法反演值随近地面气温每增加1.0℃而引入近0.5℃误差外,各算法对近地面气温、大气总水分含量、大气透射率的敏感性相对较低。研究结果可为喀斯特城市热环境监测提供科学依据。     

基于分组分裂窗算法的MTSAT-1R地表温度反演

以黑河流域上游和中游为研究区,针对MTSAT-1R卫星数据,运用MODTRAN 4.0及晴空状态下的TIGR大气廓线数据,发展了根据地表比辐射率、大气水汽含量、传感器观测角度分组模拟的分裂窗算法,进行地表温度反演。分析了传感器噪声、地表比辐射率和大气水汽含量3个参数对该算法的影响,并结合模拟数据、地面观测数据及MODIS地表温度产品,对反演结果进行分析评价。结果表明:当传感器垂直观测或大气水汽含量小于2.5g/cm2时,反演精度在1K以内;反演结果与地面观测数据对比差异较小,在阿柔站RMSE为3.7 K(日)/1.4 K(夜),在盈科站RMSE为2.4K(日)/2.0K(夜);与MODIS地表温度产品比较,空间分布呈现出一致性。总之,分组分裂窗算法能较好地用于MTSAT-1R卫星数据进行地表温度反演。     

FY3A/MERSI地表温度反演

MERSI是我国第二代极轨气象卫星上的重要传感器,可获取高空间分辨率和高时间分辨率的对地观测影像。为使Jimènez-Mu珘nozSobrino算法更适用于FY3A/MERSI传感器通道特性,更新了大气函数的估算系数,并引入观测角度因子,以获取更为精确像元间更为平滑的地表温度。用MODTRAN4模拟验证该算法精度,得引入角度因子后反演精度显著提升,所有角度下平均误差为-0.6±2.2K。用实测的敦煌戈壁地表温度和MODIS地表温度产品评价MERSI反演结果,显示MERSI地表温度的空间分布准确,结果精度也较高。与实测温度对比,平均误差为1.74K,均方根误差小于1.9K。研究区域与MODIS地表温度间差异平均为2.6307K。虽然会受云检测精度和观测亮温偏高的影响,由MERSI反演的高精度地表温度在相关科研和业务方面仍然具有极好的应用前景。     

陆地资源卫星数据地表温度反演

针对目前陆地资源卫星(Landsat-8)地表温度反演过程中,地表比辐射率估计和敏感度分析中存在的不足,对这两方面进行改进,提出了一种基于Landsat-8数据的地表温度反演算法。该文主要从劈窗算法的推导、参数的估计、敏感度分析等方面进行研究。对于大气透过率的计算,首先用与其有相邻过境时间的MODIS数据反演大气水汽含量,然后通过中分辨率的大气传输模型(Moderate Resolution Atmospheric Transmission,MODTRAN)模拟大气水汽含量与透过率的关系,最后得到大气透过率。对于发射率的计算,通过分类和ASTER提供的光谱库获得。将大气辐射传输方程模拟的地表温度与此劈窗算法反演的地表温度做比较,结果表明平均精度达到0.82K。最后研究了大气水汽含量对地表温度的影响。结果显示,当大气水汽含量误差为0.1g/cm2,其对温度反演精度的影响最大不超过0.3K;当大气水汽含量的反演误差较大的时候,其对温度反演精度的影响较大。     

一个从MODIS数据同时反演地表温度和发射率的神经网络算法

MODIS的三个热红外波段29、31、32建立了三个辐射传输方程,这三个方程包含了5个未知数(大气平均作用温度、地表温度和三个波段的发射率)。用JPL提供的大约160种地物的波谱数据对MODIS三个波段(29/31/32)发射率之间的关系和用MODTRAN4对大气透过率和大气水汽含量之间关系进行模拟分析。分析结果表明地球物理参数之间存在着大量的潜在信息。由于潜在的信息难以严格地用数学表达式来描述,因此神经网络是非常适合被用来解这种病态反演问题。利用辐射传输模型(RM)和神经网络(NN)反演分析表明神经网络能够被用来精确地同时从MODIS数据中反演地表温度和发射率。地表温度的平均反演误差在0.4°C以下;波段29/31/32发射率平均反演误差都在0.008以下。     

一种ASTER数据地表温度反演的劈窗算法

利用Planck函数分别计算ASTER13、14 两个波段温度在253~333 K范围内的辐射强度,建立两者之间的散点图,回归分析得到它们的指数关系式,应用于ASTER数据地表温度反演的劈窗算法推导。在大气参数的估计上采用三次多项式拟合大气透过率与大气水汽含量的关系以提高拟合精度。最后采用模拟数据法进行算法验证并对参数的敏感性进行分析,结果表明：该算法精度较高,对各种不同的地面温度和大气水汽含量情况进行反演的误差均在1 K以内,且对大气水汽含量和大气透过率的微小变化都不敏感。     

Land Surface Temperature Retrieval and Its Spatial Heterogeneity in Summer in Chongqing

Land Surface Temperature(LST)is an important parameter in land surface energy budget.In order to improve the accuracy of LST retrieval by remote sensing methods in summer in urban districts of Chongqing with hot and humid atmosphere condition.an improved methodology was presented with the improved atmospheric transmittance estimated on MODTRAN software using the atmospheric profile data of MERRA in urban districts of Chongqing.LST was retrieved from Landsat 8 TIRS band 10 data using single-window algorithm which apply the improved and unimproved atmospheric transmittance respectively.Then the retrieved LST was compared with the 0 cm soil temperatures observedby 4 meteorological stations.Finally,the spatial heterogeneity of LST was analyzed.The result indicated that：(1)The scheme proposed in this paper can improve LST retrieval in summer in urban districts of Chongqing.The Mean Absolute Error(MAE)decrease from 4.89 K to 1.73 K.(2)The retrieved LST has spatial heterogeneity with different terrain factors.Its lapse rate is about 1.17 K/100 m.It decreases with the increase of slope.Moreover,it has obvious differences with aspect.The flat slope>sunny slope>semi-sunny slope>semi-shady slope>shady slope.There also existed highly significant correlation between the LST and hill shade.The LST increases with the decrease of hill shade.(3)Influenced by land cover,the spatial distribution of LST showed significant differences.The average LST inthe built\|up area is highest,while the wet land is lowest.The difference of average LST in other land cover types is little.     

针对MODIS 数据的地表温度非线性迭代反演方法

地表温度是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数。构建了MODIS31/ 32 波段的热辐射传输方程, 讨论了方程的数值迭代解法, 提出了针对MODIS 数据地表温度的非线性迭代反演方法, 并介绍了大气透过率和地表比辐射率这两个中间参数的估计方法。误差及敏感性分析表明,提出的方法对大气透过率和地表比辐射率都不敏感, 反演精度优于传统的线性分裂窗算法。     

基于被动微波的地表温度反演研究综述

热红外遥感反演地表温度已取得丰硕的成果,某些反演算法精度可达到1 K以内。然而在非晴空条件下,热红外遥感的应用受到很大限制,甚至无能为力。而被动微波遥感受大气干扰小,可穿透云层获取地表辐射信息,具有全天候、多极化及高时间分辨率等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性。被动微波反演地表温度已经成为被动微波遥感技术应用研究的主要问题之一。系统阐述了微波热辐射机理、地表温度反演模型、反演算法及应用现状,分析了目前被动微波地表温度反演研究中存在的主要问题与技术难点,为后续相关研究提供参考。     

基于HJ-1B卫星数据的南京市地表温度反演研究

地表温度(LST)是全球变化的过程参数,应用HJ-1B-RS热红外数据,采用辐射传输法(RTE)、覃志豪单窗算法(Qins’)和普适性单通道算法(JM&S)对南京市地表温度进行反演。结果表明:3种算法均能较好地反映南京地区的地表温度趋势。RTE反演精度最高,与MODIS地温产品的差值多集中在2.1 K左右;Qins’的反演结果略低,温差多集中在3.87 K左右;而JM&S的结果明显偏低,温差多集中在5.96 K左右。结合土地利用类型图对地表温度进行分析,RTE温度结果中,温度最高的建设用地与温度最低的水体的温度相差4.1 K;Qins’温度结果中建设用地与水体的温度相差4.38 K;JM&S温度结果中建设用地与水体的温度相差2.15 K。RTE和Qins’更能体现不同土地利用类型之间的温度差异及对城市热岛的贡献。     

Developed split window method to retrieve land surface temperature from HYTES thermal hyperspectral images using genetic algorithm

This article aims to establish a new method to retrieve land surface temperature (LST) from hyperspectral thermal emission spectrometer (HYTES) data with split window (SW) algorithm. First, the optimal bands of HYTES sensor were selected with the genetic algorithm and then were used in the SW algorithm. In the SW algorithm, its coefficients were obtained based on several subranges of atmospheric column water vapours (CWVs) and view zenith angle (VZA) under various land surface conditions, in order to remove the atmospheric effect and improve the retrieval accuracy. Results showed that the root-mean-square error (RMSE) varies for different CWV and VZA, and with the increasing CWV and VZA, the RMSE value also increases. The emissivity, CWV, and VZA were also obtained for pixels. The sensitive analysis of LST retrieval to instrument noise and uncertainty of pixel emissivity and water vapour demonstrated the good performance of the proposed algorithm. Finally, the new algorithm was applied to HYTES sensor data, and the LST was validated using LST product of HYTES sensor obtained by NASA. The results showed that the RMSE of the LST retrieval with the proposed algorithm and the LST product of sensor for data 1 and data 2 is 1.3 K and 1.6 K, respectively.     

A mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from Landsat TM data and its application to the Israel-Egypt border region

Remote sensing of land surface temperature (LST) from the thermal band data of Landsat Thematic Mapper (TM) still remains unused in comparison with the extensive studies of its visible and near-infrared (NIR) bands for various applications. The brightness temperature can be computed from the digital number (DN) of TM6 data using the equation provided by the National Aeronautics and Space Administration (NASA). However, a proper algorithm for retrieving LST from the only one thermal band of the sensor still remains unavailable due to many difficulties in the atmospheric correction. Based on thermal radiance transfer equation, an attempt has been made in the paper to develop a mono-window algorithm for retrieving LST from Landsat TM6 data. Three parameters are required for the algorithm: emissivity, transmittance and effective mean atmospheric temperature. Method about determination of atmospheric transmittance is given in the paper through the simulation of atmospheric conditions with LOWTRAN 7 program. A practicable approach of estimating effective mean atmospheric temperature from local meteorological observation is also proposed in the paper when the in situ atmospheric profile data is unavailable at the satellite pass, which is generally the case in the real world especially for the images in the past. Sensitivity analysis of the algorithm indicates that the possible error of ground emissivity, which is difficult to estimate, has relatively insignificant impact on the probable LST estimation error i T, which is sensible to the possible error of transmittance i 6 and mean atmospheric temperature i T a . Validation of the simulated data for various situations of seven typical atmospheres indicates that the algorithm is able to provide an accurate LST retrieval from TM6 data. The LST difference between the retrieved and the simulated ones is less than 0.4°C for most situations. Application of the algorithm to the sand dunes across the Israel-Egypt border results in a reasonable LST estimation of the region. Based on this LST estimation, spatial variation of the interesting thermal phenomenon has been analysed for comparison of LST difference across the border. The result shows that the Israeli side does have significantly higher surface temperature in spite of its denser vegetation cover than the Egyptian side where bare sand is prevalent.     

基于Landsat TM图像的北京城市地表温度遥感反演研究

利用北京地区Landsat TM热红外波段数据，采用单通道算法反演得到北京地区地面温度分布图。从反演结果可以看出，北京城区地面温度比郊区地表温度高，郊区地表温度较低，密云水库、官厅水库等水体的温度最低，总体上北京城市热岛效应显著。地表比辐射率是通过Van经验公式反演得到，通过对比分析，表明该方法对自然地表的比辐射率反演效果较好。