TM热红外波段等效比辐射率估算

地表比辐射率是热红外遥感获取地表温度必不可少的参数。目前,实验室或野外实际测量的都是8~14um热红外波段范围内的地表比辐射率,这与Landsat 5 TM热红外波段10.4~12.5um范围内的地表比辐射率还存在着一定的差异。本文将着重探讨TM热红外范围内地表比辐射率的估算方法,然后根据估算出的地表比辐射率,利用覃志豪等提出的单窗算法[1~2],对北京城八区进行地表温度反演。结果表明,该方法能获得较为合理的地表温度反演结果。     

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。     

基于双角度AATSR遥感数据的组分温度反演

以甘肃省张掖绿洲为研究区域,基于双角度、多光谱AATSR数据,利用土壤-植被线性混合辐射传输模型反演了张掖绿洲整个生长季的植被和土壤组分温度,并对AATSR不同观测角度间配准前后反演的组分温度结果进行了比较。结果表明:在利用双角度数据进行组分温度反演时,不同观测角度间的配准对反演结果的影响不容忽视。 进一步利用机载WIDAS观测数据反演的盈科附近植被与土壤组分温度及盈科站实测的地表辐射温度对AATSR数据反演得到的组分温度进行了验证,结果表明基于AATSR双角度数据和土壤-植被线性混合模型的结合反演得到的组分温度具有合理的时间和空间变化趋势,也能够较好地反映张掖绿洲植被生长以及组分温度的变化趋势。     

基于Landsat-5TM的洪河湿地地表温度估算方法对比研究

利用洪河湿地2008年5月15日过境的Landsat／TM图像和实测地面数据以及MODIS地表发射率数据,分别运用大气辐射传输模型、覃志豪的单窗算法和Jimenez—Munoz ＆ Sobrino的单波段算法估算洪河湿地的地表温度,并且对比了大气校正前后的NDVI、LSE以及各种算法估算地表温度的差异。分析估算结果表明,覃志豪的单窗算法与实测地面数据估算结果非常一致。指出在没有实时探空数据的情况下,应用只有一个热红外通道的Landsat／TM数据源,采用覃志豪的单窗算法估算的精度是可以接受的。     

基于Landsat-5 TM的洪河湿地地表温度估算方法对比研究

利用洪河湿地2008年5月15日过境的Landsat/TM图像和实测地面数据以及MODIS 地表发射率数据,分别运用大气辐射传输模型、覃志豪的单窗算法和Jimenez\|Munoz & Sobrino 的单波段算法估算洪河湿地的地表温度,并且对比了大气校正前后的NDVI、LSE以及各种算法估算地表温度的差异。分析估算结果表明,覃志豪的单窗算法与实测地面数据估算结果非常一致。指出在没有实时探空数据的情况下,应用只有一个热红外通道的Landsat/TM数据源,采用覃志豪的单窗算法估算的精度是可以接受的。     

基于TES算法的地表温度反演应用研究

温度比辐射率分离算法（TES）是针对高光谱分辨率的热红外测量数据,利用地物热红外光谱的一些共性特点作为先验知识或者约束条件,从一次观测中同时反演温度和光谱发射率的方法。利用这类方法反演地表温度时主要需要较多的光谱波段和较高的信噪此。本研究以长白山火山区为例,首次将温度比辐射率分离算法应用于该区的地表温度反演,通过NEM,RAT和MMD这三种TES方法的迭代逼近,基于ASTEPR多波段热红外数据反演了长白山地区的地表温度。反演结果显示：望天鹅火山区为低地表温度集中分布区;而长白山火山区却表现为高海拔低温背景下的高地表温度集中分布,经过对地表覆盖状况的实地调查发现,该区裸露的大量浮岩是引起这种地表温度异常的主要原因之一。     

基于Landsat8的地表温度反演算法研究——以滇池流域为例

2013年2月11日Landsat 8在加州范德堡空军基地发射升空,其携带的热红外传感器为反演地表温度提供了一种新的数据,但目前尚没有针对Landsat 8热红外波段反演地表温度的算法。针对Landsat 8第10波段特征,对现有反演地表温度的单窗算法进行了参数修正,得到了用Landsat 8第10波段反演地表温度的单窗算法系数。为了评价修正后算法的精度,用MODTRAN模拟地表温度为20、30和40℃时大气水汽含量分别为1.0、1.5、2.0和2.5g·cm-2传感器高度处的热辐射值,再将模拟数据用修正后的单窗算法反演地表温度,结果表明:地表温度越低、大气水汽含量越低,误差越小;模拟结果的平均误差为0.74℃。说明基于Landsat 8第10波段用修正后的单窗算法反演地表温度是可行的,该方法可为地表温度反演提供一种途径。最后以滇池流域为例,基于2013年4月20日的Landsat 8热红外数据反演了滇池流域的地表温度,并分析了滇池流域地表温度的分布特征。     

Landsat-8与ZY-3卫星影像降尺度地表温度反演及分析

地表温度(land surface temperature,LST)在表征地表能量转换和气候方面具有很重要的作用。目前获取的高空间分辨率遥感影像,通常没有热红外波段,而能获取的热红外影像,空间分辨率往往不够。针对时间分辨率和空间分辨率的矛盾问题,提出了一种利用降尺度进行地表温度反演的方法。该方法利用Landsat-8卫星影像的热红外波段进行地表温度LSTOLI,30m反演;根据不同地物的光谱特性,选取代表城市热特性的地物端元,对ZY-3多光谱影像大气校正后,进行混合像元分解,获取每个像元内不同端元的丰度,利用端元的平均温度建模,估算地表温度,得到高空间分辨率的地表温度LSTZY-3,5.8m。为了验证估算结果的准确性,将LSTZY-3,5.8m升尺度为30mLSTZY-3,30m,与LSTOLI,30m进行对比。结果表明,LSTZY-3,30m和LSTOLI,30m具有很高的一致性,精度较高。这种方法可以作为一种实用的估算地表温度的方法。     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

基于缨帽变换分析地表温度变化

利用缨帽变换提取土壤亮度指数、绿度植被指数、湿度指数等地表参数,利用模型提取归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、修改型土壤调整指数MSAVI等植被指数和水体指数MNDWI,利用Artis单窗算法估算热红外波段像元尺度地表温度,将地表温度的影响因素作为BP神经网络输入估算30m空间分辨率的亚像元地表温度,分析1989~2006年桂林城区土地利用变化、缨帽变换特征分量变化、植被参数变化、水体指数变化对地表温度的影响机理。     

基于Landsat-5 TM数据的河南省白沙灌区地表温度反演研究

地表温度是土壤水分和植被水分状态的指示计,在干旱遥感监测中有重要作用。应用Landsat-5 TM遥感数据和气象资料,利用归一化植被指数(NDVI)区分地表覆盖类型,采用Van de Griend的经验公式法结合典型地表赋值法计算出地表比辐射率。用单窗算法和单通道算法分别对河南省白沙灌区地表温度进行反演,结果表明:两种方法均能较好地将白沙灌区地表温度分布趋势反映出来,单窗算法的反演精度较高,绝对误差为1.1 ℃,更适宜白沙灌区的地表温度反演,进而可以提高灌区旱情遥感监测精度。     

Improvements in land surface temperature retrieval based on atmospheric water vapour content and atmospheric temperature

Three methods are currently used to retrieve land surface temperatures (LSTs) from thermal infrared data supplied by the Thematic Mapper (TM) and Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) sensors: the radiative transfer equation, mono-window, and generalized single-channel algorithms. Most retrieval results obtained using these three methods have an average error of more than 1 K. But if the regional mean atmospheric water vapour content and temperature are supplied by in situ radiosounding observations, the mono-window algorithm is able to provide better results, with a mean error of 0.5 K. However, there are no in situ radiosounding data for most regions. This article provides an improved method to retrieve LST from Landsat TM and ETM+ data using atmospheric water vapour content and atmospheric temperature, which can be obtained from remote-sensing data. The atmospheric water vapour content at the pixel scale was first calculated from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. The emissivities of various land covers and uses were then defined by Landsat TM or ETM+ data. In addition, the temperature–vegetation index method was applied to map area-wide instantaneous near-surface air temperatures. The parameters of mean atmospheric water vapour content and temperature and land surface emissivity were finally inputted to the mono-window algorithm to improve the LST retrieval precision. Our results indicate that this improved mono-window algorithm gave a significantly better retrieval of the estimated LST than that using the standard mono-window algorithm, not only in dry and elevated mountain regions but also in humid regions, as shown by the bias, standard deviation (σ), and root mean square deviation (RMSD). In Madoi County, the improved mono-window algorithm validated against the LST values measured in situ produced a bias and RMSD of –0.63 K and 0.91 K, respectively, compared with the mono-window algorithm’s bias and RMSD of –1.08 K and 1.27 K. Validated against the radiance-based method, the improved algorithm shows bias and RMSD values of –1.08 K and 1.27 K, respectively, compared with the initial algorithm’s bias and RMSD –1.65 K and 1.75 K. Additionally, the improved mono-window algorithm also appeared to be more accurate than the mono-window algorithm, with lower error values when validated against in situ measurement and the radiance-based method in the validation area in Zhangye City, Gansu Province, China. Remarkable LST accuracy improvements are shown by the improved mono-window algorithm, with better agreement not only with the in situ measurements but also with the simulated LSTs in the two validation areas, indicating the soundness and suitability of this method.     

Land surface temperature retrieval from LANDSAT TM 5

In this paper, three methods to retrieve the land surface temperature (LST) from thermal infrared data supplied by band 6 of the Thematic Mapper (TM) sensor onboard the Landsat 5 satellite are compared. The first of them lies on the estimation of the land surface temperature from the radiative transfer equation using in situ radiosounding data. The others two are the mono-window algorithm developed by Qin et al. [International Journal of Remote Sensing 22 (2001) 3719] and the single-channel algorithm developed by Jiménez-Muñoz and Sobrino [Journal of Geophysical Research 108 (2003)]. The land surface emissivity (LSE) values needed in order to apply these methods have been estimated from a methodology that uses the visible and near infrared bands. Finally, we present a comparison between the LST measured in situ and the retrieved by the algorithms over an agricultural region of Spain (La Plana de Requena-Utiel). The results show a root mean square deviation (rmsd) of 0.009 for emissivity and lower than 1 K for land surface temperature when the Jiménez-Muñoz algorithm is used.     

城市热岛效应地表通量空间分布研究

城市化进程的加快促使更多大中城市的产生以及城市面积的扩展,导致更加严重的城市热岛现象。为了更加深入理解城市热岛效应产生根源,以西安市城区为例采用美国陆地卫星遥感数据反演或估算地表温度、植被指数以及地表通量等变量,不仅采用传统的地表温度参数理解城市热岛现象,还着重分析城市建成区和郊区的地表通量空间分布格局及其与地表温度的关系。研究发现西安城市建成区与郊区之间热环境存在显著的差异,地表温度不仅与植被覆盖状况具有密切的关系,还与地表潜热通量和实际蒸散发变量存在显著的反相关关系。详细分析表明拥有众多工厂企业的西安市莲湖区热岛效应尤为显著,而位于市中心的新城区次之,具有较大面积郊区的灞桥区热岛效应并不明显。因此城市绿地不仅影响城市建成区的地表温度空间分布,还对地表通量以及实际蒸散发的空间格局产生重要的影响,在调节城市热岛效应方面具有重要的作用。
     

基于ETM数据的佳木斯市地热预测研究

热红外遥感技术是地热资源调查的有效途径之一。在佳木斯市地热调查研究中,利用ETM热红外波段数据和相应的气象资料,采用单窗算法,反演佳木斯地表温度,分析了地表温度的空间分布特征和热异常状况。研究结果表明,佳木斯市区北东东约30km处存在明显的地表温度异常区,且异常区分布与隐伏断裂构造的分布有较好的对应关系,此区域为寻找地热资源的有利区域。     

成都市地表温度对不透水面的响应研究

根据成都三环路内的Landsat 7/ETM+影像,利用单窗算法和不透水面与植被覆盖度在城市建成区呈负相关关系两种反演方法,通过空间建模建立反演模型,获取地表温度与不透水面信息。通过随机样点分析、相关性分析以及等温线与等透水面线叠加分析等方法,研究了城市地表温度对不透水面的响应效果。结果表明:地表温度随距市中心区距离增大而降低,同时不透水能力也降低;成都市地表温度与不透水面之间存在着正相关关系,相关度为0.7253;等透水面线的空间分布对等温线具有显著的响应规律。研究成果对于改善城市生态环境、提升土地利用水平和加强科学规划等都具有参考价值。     

地表温度遥感中大气平均作用温度估算模型研究

大气平均作用温度Ta是地表温度遥感单窗算法中一个关键的参数,利用2008~2011年全国123个探空站点资料,针对大气水汽量的垂直分布特征,分析了利用近地层气温T0估算大气有效平均温度的可行性;进一步分析了T0和Ta之间的相关性,建立了适合我国地区大气平均温度估算的最佳模型Ta=44.97098+0.80512 T0,模型的决定系数R²为0.859,均方根误差为4.198 K。通过对44幅HJ\|1B/IRS热红外图像地温反演的敏感性分析,结果表明:模型估算的Ta用于地表温度反演时的误差为1.734 K;当大气透射率τ很小时,模型估算的Ta误差对地温反演很敏感,较小的估算误差会给地温反演带来很大的误差;随着大气透射率τ的增加,Ta的估算误差对地温反演的敏感性逐渐降低。
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WorldView卫星16波段影像光谱特征分类

传统的高分辨率遥感卫星光谱分辨率较低,WorldView卫星在8个可见光G近红外多光谱波段的基础上,新增加的８个短波红外(short wave infrared,SWIR)影像,有助于提高影像提取地物信息能力。分析了WorldView卫星的16波段影像上各种地物的光谱特征和分类性能,提出了新的植被指数、水体指数和建成区指数。实验表明,相比于8波段影像,使用16波段影像分类能够显著提高各类地物特别是裸地、建筑物和道路的分类精度,总体精度提高约5.5％。基于16波段设计的新地物特征指数能更好地避免干扰地物,通过简单阈值提取地物,取得较高的提取精度。     

A C++ program for retrieving land surface temperature from the data of Landsat TM/ETM+ band6

A C++ language-based software tool for retrieving land surface temperature (LST) from the data of Landsat TM/ETM+ band6 is developed. It has two main functional modules: (1) Three methods to compute the ground emissivity based on land use/cover classification image, NDVI image and the ratio values of vegetation and bare ground and (2) Converting digital numbers (DNs) from TM/ETM+ band6 to LST. In the software tool, Qin et al.'s mono-window algorithm and Jiménez-Muňoz and Sobrino's single channel algorithm are programmed to retrieve LST. It will be a useful software tool to study the thermal environment of ground surface or the energy balance between the ground and the bottom atmosphere by using the thermal band of Landsat TM/ETM+.